異種胚盤胞補完法を利用した臓器サイズ決定機構の解明

2015 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 26460358
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 山口 智之 東京大学, 医科学研究所, 特任准教授 (80392158)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: 臓器サイズ / 胚盤胞補完法 / 異種キメラ

Outline of Annual Research Achievements

発生の過程で細胞は活発な増殖、分化、細胞死を繰り返し、個体、臓器を形作っていく。成体になると、それまでの活発な細胞増殖は抑えられ、組織が障害されたとき、組織のターンオーバーのときに、組織特異的前駆細胞がそれを補正する為に、分化、増殖を行う。　一方で、このメカニズムが崩壊し、異常な細胞分裂が起こると腫瘍が発生してしまう。　これらの生命現象における細胞分裂、分化、アポトーシスなどの個々の現象の詳細は非常に良く研究されているが、それらの現象がどのように連携し個体や臓器のサイズの決定をしているかは、今だ不明な点が多い。我々はこれまで臓器欠損マウスの胚盤胞にラットの多能性幹細胞を注入しキメラ動物を作出する異種胚盤胞補完法で、マウスの体内にラットの膵臓、胸腺を再生することに成功している。　この手法を応用することで、サイズの違う異種の臓器が異種の体内のなかでどのようサイズになるかを確認することができる。　つまり、マウスの体内にできたラットの臓器、ラットの体内にできたマウスの臓器はどのようなサイズになるのかを調べることが出来る。昨年度までに作製に成功した膵臓欠損ラットの胚盤胞にマウスの多能性幹細胞を注入し、再生された膵臓のサイズを計測したところ、ラット体内に再生されたマウスの膵臓はラットの膵臓と同等のサイズであることが分かった。従って、膵臓のサイズ決定は内在性ではなく、外来刺激によるものであることが強く示唆された。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

昨年度までに膵臓欠損ラットを作製することに成功し、本年度は臓器サイズの小さいマウスの多能性幹細胞からラット体内に膵臓を作製することに成功した。ここまでの作業は非常に難易度の高い作業であるが、予定通りに進んでいる。また、このような異種キメラを用いた臓器サイズ制御機構の解明は世界初であり、外来刺激による臓器サイズ制御が生理的条件下で観察されたことは非常に重要な知見である。

Strategy for Future Research Activity

今後はどのようなシグナル経路で臓器サイズが決定されているかの分子メカニズム解明に取り組む。Hippoシグナルを中心に、生理的条件下でどのようなシグナル変化が起きているかを詳細に解析する。

Causes of Carryover

本年度の研究結果より、次年度、新たにタンパク質発現解析を行うことが必要となった為、次年度使用額が生じた。

Expenditure Plan for Carryover Budget

たんぱく質発現解析、サイトカインアレイを行う予定である。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Stanford university(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: Stanford university
• [Journal Article] Practical selection methods for rat and mouse round spermatids without DNA staining by flow cytometric cell sorting (2016)
  • Author(s): Hayama T, Yamaguchi T, Kato-Itoh M, Ishii Y, Mizuno N, Umino A, Sato H, Sanbo M, Hamanaka S, Masaki H, Hirabayashi M, Nakauchi H.
  • Journal Title: Molecular Reproduction and Development Volume: Epub ahead of print Pages: in press
  • DOI: 10.1002/mrd.22644.
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Matrix metalloproteinase-14 mediates formation of bile ducts and hepatic maturation of fetal hepatic progenitor cells. (2016)
  • Author(s): Otani S, Kakinuma S, Kamiya A, Goto F, Kaneko S, Miyoshi M, Tsunoda T, Asano Y, Kawai-Kitahata F, Nitta S, Nakata T, Okamoto R, Itsui Y, Nakagawa M, Azuma S, Asahina Y, Yamaguchi T, Koshikawa N, Seiki M, Nakauchi H, Watanabe M.
  • Journal Title: Biochem Biophys Res Commun. Volume: 469(4) Pages: 1062-8
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2015.12.105.
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] An assessment of the effects of ectopic gp91phox expression in XCGD iPSC-derived neutrophils. (2015)
  • Author(s): Lin HT, Otsu M, Masaki H, Yamaguchi T, Wada T, Yachie A, Nishimura K, Ohtaka M, Nakanishi M, Nakauchi H.
  • Journal Title: Mol Ther Methods Clin Dev. Volume: 2 Pages: 15046
  • DOI: 10.1038/mtm.2015.46.
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Investigation of bi-potent differentiation of hepatoblasts using inducible diphtheria toxin receptor- transgenic mice. (2015)
  • Author(s): Yanagida A, Mizuno N, Yamazaki Y, Kato-Itoh M, Umino A, Sato H, Ito K, Yamaguchi T, Nakauchi H, Kamiya A.
  • Journal Title: Hepatol Res. Volume: Nov 19. Pages: in press
  • DOI: 10.1111/hepr.12622.
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A Safeguard System for Induced Pluripotent Stem Cell-Derived Rejuvenated T Cell Therapy. (2015)
  • Author(s): Ando M, Nishimura T, Yamazaki S, Yamaguchi T, Kawana-Tachikawa A, Hayama T, Nakauchi Y, Ando J, Ota Y, Takahashi S, Nishimura K, Ohtaka M, Nakanishi M, Miles JJ, Burrows SR, Brenner MK, Nakauchi H.
  • Journal Title: Stem Cell Reports. Volume: 5(4) Pages: 597-608
  • DOI: 10.1016/j.stemcr.2015.07.011
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Interspecific in vitro assay for the chimera-forming ability of human pluripotent stem cells. (2015)
  • Author(s): Masaki H, Kato-Itoh M, Umino A, Sato H, Hamanaka S, Kobayashi T, Yamaguchi T, Nishimura K, Ohtaka M, Nakanishi M, Nakauchi H.
  • Journal Title: Development. Volume: 142(18) Pages: 3222-30
  • DOI: 10.1242/dev.124016.
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Liver maturation deficiency in p57Kip2-/- mice occurs in a hepatocytic p57Kip2 expression-independent manner. (2015)
  • Author(s): agida A, Chikada H, Ito K, Umino A, Kato-Itoh M, Yamazaki Y, Sato H, Kobayashi T, Yamaguchi T, Nakayama KI, Nakauchi H, Kamiya A.
  • Journal Title: Dev Biol. Volume: 407(2) Pages: 331-43
  • DOI: 10.1016/j.ydbio.2015.07.004
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] 異種体内で作製した膵島の移植による長期血糖値制御 (2016)
  • Author(s): 山口智之
  • Organizer: 第15回日本再生医療学会総会
  • Place of Presentation: 大阪国際会議場 （大阪府大阪市）
  • Year and Date: 2016-03-18 – 2016-03-18
• [Presentation] 異種動物体内でのiPS細胞からの膵臓作製 (2015)
  • Author(s): 山口智之
  • Organizer: 第１０回信州肝胆膵外科先端医療研究会
  • Place of Presentation: ホテルブエナビスタ（長野県松本市）
  • Year and Date: 2015-12-05 – 2015-12-05
  • Invited
• [Presentation] 多能性幹細胞の異種環境における発生限界 (2015)
  • Author(s): 山口智之
  • Organizer: BMB2015（第38回日本分子生物学会年会・第88回日本生化学会大会 合同大会）
  • Place of Presentation: 神戸ポートアイランド（兵庫県神戸市）
  • Year and Date: 2015-12-01 – 2015-12-01
  • Invited
• [Presentation] 動物個体内での膵臓の再生 (2015)
  • Author(s): 山口智之
  • Organizer: 第101回日本消化器病学会総会
  • Place of Presentation: 仙台 国際センター （宮城県仙台市）
  • Year and Date: 2015-04-24 – 2015-04-24
  • Invited
• [Book] Hyper Bio Assembler for 3D Cellular Systems. (2015)
  • Author(s): Iriguchi S, Yamaguchi T
  • Total Pages: 78
  • Publisher: Springer