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2016 Fiscal Year Annual Research Report

in vitroにおけるPGC産生および分化のための新規培養系開発

Planned Research

Project AreaMechanisms regulating gamete formation in animals
Project/Area Number 25114006
Research InstitutionKyushu University

Principal Investigator

林 克彦  九州大学, 医学研究院, 教授 (20287486)

Project Period (FY) 2013-06-28 – 2018-03-31
Keywords多能性幹細胞 / 卵母細胞 / 始原生殖細胞
Outline of Annual Research Achievements

平成28年度までの研究により、多能性幹細胞から卵子までのすべての過程を培養皿上で行う卵子産生培養システムを構築し、多能性幹細胞から培養皿上で卵子を得ることに世界で初めて成功した。この培養システムでは始原生殖細胞から卵子ができるまでの5週間を3つの培養期間に区切り、各期間について培養条件の検討を行った。開発過程では様々な基礎培地、血清濃度、成長因子、有機化合物などの組み合わせを変えることにより、卵子を育てる卵胞構造を効率良く構築できる培養条件を探索した。その結果、ES細胞、胎仔の細胞由来のiPS細胞、さらには成体の尻尾由来のiPS細胞のいずれの細胞からも卵子を産生することができた。また得られる卵子数も極めて多量であり、一回の培養実験で約600個から1,000個の卵子を産生できることができた。卵子産生培養システム内における卵子形成過程の遺伝子発現の変動は体内の卵子形成過程と極めて良く似ていた。この卵子産生培養システムで得られた卵子は野生型の雄マウスの精子と受精させると、健常なマウスに発生した。得られたマウスは野生型のマウスと同様に成長し、正常に子供をつくる能力も有していた。これらの成果はNatureに発表され、国内外から高い評価を得た。
また一方でショウジョバエOvoのマウスホモログであるOvol遺伝子の始原生殖細胞(PGCs)における機能について解析した。マウスOvol遺伝子はOvol1, 2, 3の3つのファミリーがある。Ovol1,2,3各遺伝子またはすべての遺伝子をノックアウトしたES細胞を作製し、それぞれのES細胞からPGCsを誘導した結果、Ovol2ノックアウトES細胞およびトリプルノックアウト細胞においてPGCsの分化障害が認められた。これらのことから主にOvol2が初期のPGCsの分化に重要な働きがあることが明らかとなった。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

研究期間全体を通しての目標であった多能性幹細胞から機能的な卵子を誘導する培養系を1年前倒しで開発できた。さらにそれらの成果を平成28年度のうちに論文掲載することができた。これらのことから体外培養系の開発においては計画以上に進展している。
また、もうひとつの目標であるショウジョバエとマウスとの間に保存された生殖細胞分化メカニズムの解明について、Ovol遺伝子のマウスPGCsにおける機能解析は順調に進んでいる。具体的には各ノックアウト細胞を用いた遺伝子発現解析が終了しており、それらを詳細に解析することにより、ショウジョバエOvoとの共通性の有無を評価できる状況である。これらの成果は平成29年度中には論文として報告する予定である。

Strategy for Future Research Activity

体外卵子培養系については、他の動物の多能性幹細胞を用いた構築に、着手する。
Ovol遺伝子の解析については、平成28年度に行った遺伝子発現解析をもとに、Ovol2を中心ととした遺伝子ネットワークを予想する。これらのネットワークとショウジョバエのOvoを中心とした遺伝子ネットワークと比較する。これらから共通する遺伝子ネットワークを抽出して、それらの有意性について検討する。必要に応じて、抽出されたネットワークに属する遺伝子をES細胞でノックアウトし、その機能性を検討する。これらの解析を通して、抽出された遺伝子ネットワークが種間に保存された普遍的なPGCsの維持機構であった場合には論文作成にとりかかる。

  • Research Products

    (17 results)

All 2017 2016 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (5 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 4 results,  Acknowledgement Compliant: 3 results) Presentation (10 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 10 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Int'l Joint Research] Max Delbruck Ctr. for Molecular Medicine(ドイツ)

    • Country Name
      GERMANY
    • Counterpart Institution
      Max Delbruck Ctr. for Molecular Medicine
  • [Journal Article] Reconstitution in vitro of the entire cycle of the mouse female germ line.2016

    • Author(s)
      Hikabe O, Hamazaki N, Nagamatsu G, Obata Y, Hirao Y, Hamada N, Shimamoto S, Imamura T, Nakashima K, Saitou M, Hayashi K
    • Journal Title

      Nature

      Volume: 539 Pages: 299–303

    • DOI

      10.1038/nature20104

    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Production of functional oocytes from mouse pluripotent stem cells.2016

    • Author(s)
      Hayashi K, Hikabe O, Hamazaki N, Nagamatsu G, Shimamoto S, Hamada N.
    • Journal Title

      Protocol Exchange.

      Volume: - Pages: -

    • DOI

      10.1038/protex.2016.065

    • Open Access
  • [Journal Article] Global Landscape and Regulatory Principles of DNA Methylation Reprogramming for Germ Cell Specification by Mouse Pluripotent Stem Cells.2016

    • Author(s)
      Shirane K, Kurimoto K, Yabuta Y, Yamaji M, Satoh J, Ito S, Watanabe A, Hayashi K, Saitou M, Sasaki H.
    • Journal Title

      Dev Cell

      Volume: 39 Pages: 87-103

    • DOI

      j.devcel.2016.08.008

    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Complete in vitro generation of fertile oocytes from mouse primordial germ cells2016

    • Author(s)
      Morohaku K, Tanimoto R, Sasaki K, Kawahara-Miki R, Kono T, Hayashi K, Hirao Y, Obata Y
    • Journal Title

      Proc Natl Acad Sci USA.

      Volume: 113 Pages: 9021-9026

    • DOI

      10.1073/pnas

    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Rewinding the process of mammalian extinction.2016

    • Author(s)
      Saragusty J, Diecke S, Drukker M, Durrant B, Friedrich B-N I, Galli C, Göritz F, Hayashi K, Hermes R, Holtze S, Johnson S, Lazzari G, Loi P, Loring JF, Okita K, Renfree MB, Seet S, Voracek T, Stejskal J, Ryder OA, Hildebrandt TB.
    • Journal Title

      Zoo Biol.

      Volume: 35 Pages: 280-292

    • DOI

      10.1002/zoo.21284

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] 試験管内で機能的な生殖細胞をつくる~試験管内で世代交代はできるのか?~2017

    • Author(s)
      林克彦
    • Organizer
      日本動物学会第69回関東支部大会
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      2017-03-20
    • Invited
  • [Presentation] 生殖細胞系列の体外再構築とその利用について2017

    • Author(s)
      林克彦
    • Organizer
      関西生殖医学集談会
    • Place of Presentation
      大阪
    • Year and Date
      2017-03-04
    • Invited
  • [Presentation] A model of functional egg production in a dish2017

    • Author(s)
      Hayashi K
    • Organizer
      KOSAR
    • Place of Presentation
      Seoul
    • Year and Date
      2017-02-26
    • Invited
  • [Presentation] マウス多能性幹細胞を用いた体外培養による卵子形成過程の再構築2016

    • Author(s)
      林克彦
    • Organizer
      第29回日本動物実験代替法学会
    • Place of Presentation
      福岡
    • Year and Date
      2016-11-17
    • Invited
  • [Presentation] 人工配偶子の作製技術の最前線2016

    • Author(s)
      林克彦
    • Organizer
      日本IVF学会
    • Place of Presentation
      神戸
    • Year and Date
      2016-10-01
    • Invited
  • [Presentation] マウスの卵母細胞系列の再構築系とその応用2016

    • Author(s)
      林克彦
    • Organizer
      第88回日本遺伝学会
    • Place of Presentation
      三島
    • Year and Date
      2016-09-07
    • Invited
  • [Presentation] Artificial gametes derived from pluripotent stem cells.2016

    • Author(s)
      Hayashi K
    • Organizer
      AAAP Animal Science Congress
    • Place of Presentation
      Fukuoka
    • Year and Date
      2016-08-24
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 生殖細胞系列分化培養系におけるサイトメトリー技術の適用2016

    • Author(s)
      林克彦
    • Organizer
      第26回日本サイトメトリー学会
    • Place of Presentation
      福岡
    • Year and Date
      2016-07-22
    • Invited
  • [Presentation] Derivation of Germ Cells from Stem Cells.2016

    • Author(s)
      Hayashi K
    • Organizer
      IFFS2016
    • Place of Presentation
      Delhi, India
    • Year and Date
      2016-06-21
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Artificial oocyte production from pluripotent stem cells in mice.2016

    • Author(s)
      Hayashi K
    • Organizer
      Epigenetic Penetrance of Reproductive Technologies
    • Place of Presentation
      Teramo, Italy
    • Year and Date
      2016-06-09 – 2016-06-10
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 始原生殖細胞を機能的に成熟した卵母細胞へと分化させる培養方法2016

    • Inventor(s)
      尾畑やよい、平尾雄二、林克彦
    • Industrial Property Rights Holder
      尾畑やよい、平尾雄二、林克彦
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      PCT/JP2016/77574
    • Filing Date
      2016-09-16

URL: 

Published: 2018-01-16  

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