2021 Fiscal Year Annual Research Report
Reconstitution of gamete integrity using pluripotent stem cells
| Project Area | Ensuring integrity in gametogenesis |
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| Project/Area Number |
18H05545
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
林 克彦 九州大学, 医学研究院, 教授 (20287486)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
平尾 雄二 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 畜産研究部門, グループ長 (10355349)
吉崎 悟朗 東京海洋大学, 学術研究院, 教授 (70281003)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2023-03-31
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| Keywords | 卵母細胞 / 卵巣体細胞 / 卵胞 / 多能性幹細胞 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度の研究実績は主に以下の三つである。(1)機能的な卵胞を構築する卵巣体細胞を多能性幹細胞から誘導した。(2)原始卵胞の静止に関わる環境因子の作用メカニズムを明らかにした。(3)ミナミシロサイES細胞から始原生殖細胞様細胞を誘導した。それぞれについての概要を以下に記載する。
(1) 機能的な卵胞を構築する卵巣体細胞を多能性幹細胞から誘導した：マウスES細胞を様々な成長因子と培養することにより、卵巣の体細胞と同等の細胞FOSLCs（Fetal Ovarian Somatic Cell-Like Cells）を誘導した。FOSLCsの分化過程では初期中胚葉、中間中胚葉、体腔上皮などの出現が認められ、体内の分化過程を良く踏襲していることが明らかとなった。FOSLCsの遺伝子発現は体内の卵巣体細胞とほぼ同等であった。FOSLCsを同じくES細胞から分化誘導した始原生殖細胞様細胞（PGCLCs）と凝集培養させると、卵胞様の構造体を構築し、その中でPGCLCsは卵子にまで成長した。これらの卵子は受精と母胎内への移植により個体にまで発生した。これらの成果はScienceに論文掲載された。
(2) 原始卵胞の静止に関わる環境因子の作用メカニズムを明らかにした：これまでの計画研究により、原始卵胞内の卵母細胞が静止を保つためには周囲からの圧縮ストレスが必要であることを明らかにしているが、本年度では、それらの圧縮ストレスは卵母細胞に直接作用していることを明らかにした。マイクロデバイスを用いたライブイメージングの結果、卵母細胞単独でも圧縮ストレスに応じた反応を観察できた。現在これらの成果を論文にまとめている。
(3) ミナミシロサイES細胞から始原生殖細胞様細胞を誘導した：ミナミシロサイES細胞を種々の成長因子と培養したところ、ヒトなどの種と良く似た始原生殖細胞様細胞が出現した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初の計画では、原始卵胞を維持する環境因子の同定、卵母細胞・卵子を構築する体細胞環境の再構築、様々な動物種での生殖細胞系列の誘導を標榜していたが、それらのいずれの計画においても進展が認めれらた。特に体細胞環境の再構築においては、ES細胞のみを用いて（胎仔や個体の細胞を用いることなく）機能的な卵子を得られる培養系を構築できた。すなわち理論上では、多能性幹細胞が樹立されている動物種のすべてで卵子が構築される道筋を示したと言える。これにより領域研究の目標である「in vitro gametogenesisを一般的な技術として浸透させること」の達成に大きく近いた。
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| Strategy for Future Research Activity |
上記(2)および(3）において研究成果を取りまとめ、論文として発表する。(2)原始卵胞の静止機構に関わるメカニズムの解明においては、圧縮ストレスとそれに応じた卵母細胞の反応を定量化する。これにより卵巣内にかかる圧縮ストレスの大きさを予想する。また生化学的な解析により物理的シグナルがどの様に生理的なシグナルに変換されているかについて解明する。(3）ミナミシロサイES細胞から始原生殖細胞様細胞（PGCLCs）の誘導に関しては、誘導したPGCLCsを遺伝子発現解析、エピゲノム解析、卵巣体細胞との共培養などの試験に供することにより、PGCLCsがどれだけ生殖細胞としての機能を有しているかを解析する。またこれらの成果を参考に、キタシロサイのiPS細胞からPGCLCsを分化誘導する培養条件を決定する。
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