種特異的発生時間スケールを規定する分子基盤の解析と制御

• 研究領域: 脳構築における発生時計と場の連携
• 研究課題/領域番号: 16H06485
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 生物系
• 研究機関: 京都大学 (2017-2020); 国立研究開発法人理化学研究所 (2016)
• 研究代表者: 永樂 元次 京都大学, ウイルス・再生医科学研究所, 教授 (40415097)
• 研究期間 (年度): 2016-06-30 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 109,330千円 (直接経費: 84,100千円、間接経費: 25,230千円); 2020年度: 19,500千円 (直接経費: 15,000千円、間接経費: 4,500千円); 2019年度: 19,500千円 (直接経費: 15,000千円、間接経費: 4,500千円); 2018年度: 19,500千円 (直接経費: 15,000千円、間接経費: 4,500千円); 2017年度: 24,310千円 (直接経費: 18,700千円、間接経費: 5,610千円); 2016年度: 26,520千円 (直接経費: 20,400千円、間接経費: 6,120千円)
• キーワード: 形態形成 / 多能性幹細胞 / 種特異的発生様式 / 神経発生 / 種特異的発生機構 / オルガノイド / 種特異的 / 自己組織化 / 種特異性 / 発生 / 種差 / 幹細胞 / 神経 / 発生時計 / １細胞解析 / 網膜発生 / 遺伝子発現プロファイル / 発生時間スケール / ヒト発生 / 発生時間 / 網膜 / 大脳 / ヒトES細胞

研究成果の概要

多能性幹細胞からの組織誘導系を用いて種特異的発生様式を規定する分子機構を明らかにしようとした。マウスおよびヒトの大脳および網膜オルガノイド系を確立し、継時的なRNA-seqおよび１細胞RNA-seqを行い発生過程の細胞分化動態を比較解析した。その結果、マウス網膜形成過程特異的に寄与する新規の細胞とその形態形成における役割を明らかにした。また、ヒト網膜組織の形成過程に特異的に存在する神経前駆細胞種を新規に同定した。さらに、多能性幹細胞から肢芽組織を誘導する方法を世界で初めて開発した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

世界で初めてマウス多能性幹細胞から自己組織化により試験管内で肢芽組織を誘導する技術を開発した。ヒトを含む霊長類由来多能性幹細胞からも同様の肢芽様組織が可能となっており、失った手指の再生応用だけでなく肢芽組織の種特異性の研究への貢献が期待される。また、将来の四肢欠損の再生医療の基盤技術という点でも社会的意義は大きい。さらに、新たにマウス及びヒト網膜発生において種特異的に存在する細胞種及び遺伝子マーカーを複数同定し、これらの機能解析により種特異的な神経組織形成機構の一端が明らかになった。これらの発見をもとに、発生時間の種特異性についての分子基盤の理解が深まることが期待される。

研究成果

• [雑誌論文] Self-organized formation of developing appendages from murine pluripotent stem cells (2019)
  • 著者名/発表者名: Mori Shunsuke、Sakakura Eriko、Tsunekawa Yuji、Hagiwara Masaya、Suzuki Takayuki、Eiraku Mototsugu
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 10 号: 1 ページ: 000-000
  • DOI: 10.1038/s41467-019-11702-y
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Toward the formation of neural circuits in human brain organoids (2019)
  • 著者名/発表者名: Seto Yusuke、Eiraku Mototsugu
  • 雑誌名: Current Opinion in Cell Biology 巻: 61 ページ: 86-91
  • DOI: 10.1016/j.ceb.2019.07.010
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Strain-triggered mechanical feedback in self-organizing optic-cup morphogenesis. (2018)
  • 著者名/発表者名: Okuda S, Takata N, Hasegawa Y, Kawada M, Inoue Y, Adachi T, Sasai Y, Eiraku M.
  • 雑誌名: Science Advances 巻: 4 号: 11
  • DOI: 10.1126/sciadv.aau1354
  • NAID: 120006539614
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Human brain development and its in vitro recapitulation. (2018)
  • 著者名/発表者名: Seto Y, Eiraku M.
  • 雑誌名: Neurosci Res. 巻: 138 ページ: 33-42
  • DOI: 10.1016/j.neures.2018.09.011
  • 査読あり
• [雑誌論文] Combining Turing and 3D vertex models reproduces autonomous multicellular morphogenesis with undulation, tubulation, and branching (2018)
  • 著者名/発表者名: Okuda Satoru、Miura Takashi、Inoue Yasuhiro、Adachi Taiji、Eiraku Mototsugu
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 8 号: 1
  • DOI: 10.1038/s41598-018-20678-6
  • NAID: 120006517791
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Self-patterning of rostral-caudal neuroectoderm requires dual role of Fgf signaling for localized Wnt antagonism (2017)
  • 著者名/発表者名: Takata Nozomu、Sakakura Eriko、Eiraku Mototsugu、Kasukawa Takeya、Sasai Yoshiki
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 8 号: 1
  • DOI: 10.1038/s41467-017-01105-2
  • NAID: 120006822510
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Emergence of dorsal ventral polarity in ESC-derived retinal tissue (2016)
  • 著者名/発表者名: Hasegawa Y, Takata N, Okuda S, Kawada M, Eiraku M, Sasai Y
  • 雑誌名: Development 巻: 143 号: 21 ページ: 3895-3906
  • DOI: 10.1242/dev.134601
  • 査読あり
• [学会発表] Self-organization of patterned functional tissues from pluripotent stem cells (2019)
  • 著者名/発表者名: Mototsutu Eiraku
  • 学会等名: 119th International Titisee Conference:Tissue formation and regeneration: from molecules to models
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 発生システムの試験管内構築と制御 (2018)
  • 著者名/発表者名: 永樂元次
  • 学会等名: 日本発生生物学会秋季シンポジウム2018
  • 招待講演
• [学会発表] Self-organization of patterned tissues from mouse and human stem cells (2018)
  • 著者名/発表者名: Mototsugu Eiraku
  • 学会等名: EMBO Workshop :Molecular mechanisms of developmental and regenerative biology
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 多能性幹細胞からの神経組織形成～海馬組織の再構成はできるか？～ (2018)
  • 著者名/発表者名: 永樂元次
  • 学会等名: 第27回 海馬と高次脳機能学会
  • 招待講演
• [学会発表] Self-organized formation of neural organoids from stem cells (2018)
  • 著者名/発表者名: Mototsugu Eiraku
  • 学会等名: 第40回日本生物学的精神医学会・第61回日本神経化学会大会
  • 招待講演
• [学会発表] Self-organization of patterned tissues from mouse and human stem cells (2017)
  • 著者名/発表者名: Mototsugu Eiraku
  • 学会等名: CDB Symposium 2017
  • 発表場所: RIKEN CDB, Kobe, Japan
  • 年月日: 2017-03-27
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Self-organization of patterned tissues from mouse and human stem cells (2017)
  • 著者名/発表者名: Mototsugu Eiraku
  • 学会等名: DB Symposium 2017
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Self-organization of patterned tissues from mouse and human stem cells (2017)
  • 著者名/発表者名: Mototsugu Eiraku
  • 学会等名: Cold Spring Harbor Laboratory Meeting
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Self-organization of patterned tissues from pluripotent stem cells (2016)
  • 著者名/発表者名: Mototsugu Eiraku
  • 学会等名: Engineering the embryo beyond systems biology
  • 発表場所: Institut Pasteur, Paris, France
  • 年月日: 2016-11-14
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Self-organization of patterned tissues from pluripotent stem cells (2016)
  • 著者名/発表者名: Mototsugu Eiraku
  • 学会等名: SDB 75th Annual Meeting/ISD 19th International Conference
  • 発表場所: Marriott Copley Place, Boston, USA
  • 年月日: 2016-08-04
  • 国際学会 / 招待講演