2021 Fiscal Year Annual Research Report
Analysis of repertoire dynamics of germ cell development
| Project Area | Ensuring integrity in gametogenesis |
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| Project/Area Number |
18H05551
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| Research Institution | National Institute for Basic Biology |
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Principal Investigator |
吉田 松生 基礎生物学研究所, 生殖細胞研究部門, 教授 (60294138)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中村 隼明 広島大学, 統合生命科学研究科(生), 准教授 (30613723)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2023-03-31
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| Keywords | 生殖細胞 / レパートリー / 細胞系譜 / バーコーディング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2021年度は以下のような研究を遂行し生殖細胞の発生様式の異なる哺乳類と鳥類における配偶子インテグリティ成立プロセスの解析を進めた。まず、本研究で確立したマウス生殖細胞特異的に多数の異なる配列（バーコード）を導入する実験系を用いて胎児生殖細胞にバーコードを導入し、発生の進んだ段階の生殖細胞および精子を介して次世代に伝わったバーコードデータを大規模に取得した。その結果、生殖細胞クローンレパートリーの削減とサイズ分布に関して定量的かつ網羅的なデータを得ることができた。これらのデータを海外研究協力者と共有し、クローンレパートリー数の動態解析を行った。
さらに、深部体温程度の温度上昇によって精子形成とくに減数分裂の進行が障害を受けるメカニズムの解析を進めた。その結果、明らかとなったDNA二重鎖切断の修復および相同染色体の対合が障害され、障害を受けた細胞が減数分裂チェックポイントによって除去されることを報告した（Hirano et al., Communications Biology 2022）（以上は研究代表者吉田が行った）。
鳥類においては、ニワトリ生殖細胞の培養条件を改善し、遺伝子導入の条件の検討を進めた。ニワトリ生殖細胞を増幅可能な培養系に様々な化合物を添加して検討した結果、血清代替物であるKnockOutTM serum replacementがニワトリ生殖細胞の増殖を促進することが明らかとなった。さらに、KSRの成分のうちオレイン酸にはニワトリ生殖細胞の増殖を促進する効果があることを明らかにした。ニワトリ生殖細胞の安定細胞株を用いて遺伝子導入の条件を検討した結果、電気穿孔法がリポフェクション法よりも導入効率が高かった。さらに電気穿孔法の条件を検討した結果、導入後の生存率の低下を最低限にし約65 %の細胞に遺伝子導入することが可能になった(以上は研究分担者中村が行った)。
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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
上記のように本研究は進行している。2019, 2020年度には新型コロナウイルス感染症の影響などで計画以上に時間を要したが、2021年度には最適化した実験条件を用いて信頼できるデータを網羅的に取得することができた。以上から、概ね順調に進展していると判断する。
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| Strategy for Future Research Activity |
基本的には現在進行している研究を推進することで、本研究の目的の達成と本研究領域の研究の進展に貢献する。マウス生殖細胞のレパートリー動態については、本年度までに取得したバーコード頻度の大規模データを海外研究協力者とともに数理統計解析を行い、個体に含まれる生殖細胞レパートリーの変遷を高い精度で推定する。現在までに示唆されているレパートリーが変遷する段階の生殖細胞の不均一性を、細胞系譜と遺伝子発現を紐づけて解析する実験系などを用いて解析する。
鳥類では、ニワトリ生殖細胞への遺伝子導入効率とその培養効率を改善することで遺伝子改変した安定細胞株樹立の効率化を図る。また、Brainbow 2.1ならびにdead end MCMが導入された遺伝子改変ニワトリの作出を進め、生殖細胞を複数の蛍光タンパク質でランダムにパルス標識することで、生殖細胞系譜の運命を追跡する。
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