種を越えた配偶子産生システムの in vitro 再構築

• 研究領域: 配偶子インテグリティの構築
• 研究課題/領域番号: 18H05548
• 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: 東京大学 (2021-2022); 生理学研究所 (2018-2020)
• 研究代表者: 小林 俊寛 東京大学, 医科学研究所, 特任准教授 (20587414)
• 研究期間 (年度): 2018-06-29 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 95,420千円 (直接経費: 73,400千円、間接経費: 22,020千円); 2022年度: 15,860千円 (直接経費: 12,200千円、間接経費: 3,660千円); 2021年度: 15,860千円 (直接経費: 12,200千円、間接経費: 3,660千円); 2020年度: 15,340千円 (直接経費: 11,800千円、間接経費: 3,540千円); 2019年度: 15,340千円 (直接経費: 11,800千円、間接経費: 3,540千円); 2018年度: 33,020千円 (直接経費: 25,400千円、間接経費: 7,620千円)
• キーワード: 多能性幹細胞 / 始原生殖細胞 / ラット / ウサギ

研究成果の概要

本研究では近年マウスを用いて急速に進んできた in vitro gametogenesis (試験管内での生殖細胞作製技術) を様々な動物種へ適応させ将来的な産業・医療への応用へ繋げることを目指し、マウスに次ぐ実験動物であるラットとウサギを用いた研究を進めてきた。主な成果として、ラットおよびウサギにおいて多能性幹細胞から精子・卵子のもとになる始原生殖細胞 (PGC) の分化誘導する方法を開発した。特にラットではマウス以外では初めて、精子形成およびその後の個体作出に貢献できる”機能的な” PGC の分化誘導に成功した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

これまでの生殖細胞を作る研究ではマウスを用いた研究が飛躍的に発展してきたが、それを追随できる動物種がなく、マウスで得られた知見や技術がどこまで動物種を越えて汎用なのか判断することが困難であった。本研究成果によりラット・ウサギをはじめとした様々な動物種の生殖細胞の特徴を比較する解析も可能になり、そこから導き出された種を越えた保存性などを元に試験管内での生殖細胞作製研究が一層進むと考えられる。またそれらは将来的な産業応用やヒトを対象とした医学研究に繋がることが期待される。

研究成果

• [国際共同研究] ケンブリッジ大学/エクセター大学/ノッティンガム大学(英国)
• [国際共同研究] スタンフォード大学(米国)
• [国際共同研究] University of Cambridge(英国)
• [国際共同研究] ケンブリッジ大学/ガードン研究所(英国)
• [雑誌論文] Generation of Tfap2c‐T2A‐tdTomato knock‐in reporter rats via adeno‐associated virus‐mediated efficient gene targeting (2022)
  • 著者名/発表者名: Oikawa Mami、Nagae Mayuko、Mizuno Naoaki、Iwatsuki Kenyu、Yoshida Fumika、Inoue Naoko、Uenoyama Yoshihisa、Tsukamura Hiroko、Nakauchi Hiromitsu、Hirabayashi Masumi、Kobayashi Toshihiro
  • 雑誌名: Molecular Reproduction and Development 巻: 89 号: 3 ページ: 129-132
  • DOI: 10.1002/mrd.23562
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Tracing the emergence of primordial germ cells from bilaminar disc rabbit embryos and pluripotent stem cells (2021)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi Toshihiro、Castillo-Venzor Aracely、Penfold Chris A.、Morgan Michael、Mizuno Naoaki、Tang Walfred W.C.、Osada Yasuyuki、Hirao Masao、Yoshida Fumika、Sato Hideyuki、Nakauchi Hiromitsu、Hirabayashi Masumi、Surani M. Azim
  • 雑誌名: Cell Reports 巻: 37 号: 2 ページ: 109812-109812
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2021.109812
• [雑誌論文] Conserved features of non-primate bilaminar disc embryos and the germline (2021)
  • 著者名/発表者名: Alberio Ramiro、Kobayashi Toshihiro、Surani M. Azim
  • 雑誌名: Stem Cell Reports 巻: 16 号: 5 ページ: 1078-1092
  • DOI: 10.1016/j.stemcr.2021.03.011
• [雑誌論文] Pluripotent stem cells related to embryonic disc exhibit common self-renewal requirements in diverse livestock species (2021)
  • 著者名/発表者名: Kinoshita Masaki、Kobayashi Toshihiro、Planells Benjamin、Klisch Doris、Spindlow Daniel、Masaki Hideki、Bornelv Susanne、Stirparo Giuliano Giuseppe、Matsunari Hitomi、Uchikura Ayuko、Lamas-Toranzo Ismael、Nichols Jennifer、Nakauchi Hiromitsu、Nagashima Hiroshi、Alberio Ramiro、Smith Austin
  • 雑誌名: Development 巻: 148 号: 23
  • DOI: 10.1242/dev.199901
• [雑誌論文] Blastocyst complementation using Prdm14-deficient rats enables efficient germline transmission and generation of functional mouse spermatids in rats (2021)
  • 著者名/発表者名: Toshihiro Kobayashi, Teppei Goto, Mami Oikawa, Makoto Sanbo, Fumika Yoshida, Reiko Terada, Naoko Niizeki, Naoyo Kajitani, Kanako Kazuki, Yasuhiro Kazuki, Shinichi Hochi, Hiromitsu Nakauchi, M. Azim Surani & Masumi Hirabayashi
  • 雑誌名: Nature Comminications 巻: 12 号: 1 ページ: 13281-10
  • DOI: 10.1038/s41467-021-21557-x
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Germline development in rat revealed by visualization and deletion of Prdm14 (2020)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi Toshihiro、Kobayashi Hisato、Goto Teppei、Takashima Tomoya、Oikawa Mami、Ikeda Hiroki、Terada Reiko、Yoshida Fumika、Sanbo Makoto、Nakauchi Hiromitsu、Kurimoto Kazuki、Hirabayashi Masumi
  • 雑誌名: Development 巻: 147 ページ: 183798-183798
  • DOI: 10.1242/dev.183798
  • 査読あり
• [雑誌論文] Establishment of porcine and human expanded potential stem cells (2019)
  • 著者名/発表者名: Xuefei Gao, Monika Nowak-Imialek, Xi Chen, Dongsheng Chen, Doris Herrmann, Degong Ruan, Andy Chun Hang Chen, Melanie A Eckersley-Maslin, Shakil Ahmad, Yin Lau Lee, Toshihiro Kobayashi, et al
  • 雑誌名: Nature Cell Biology 巻: 21 号: 6 ページ: 687-699
  • DOI: 10.1038/s41556-019-0333-2
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Generation of pluripotent stem cell-derived mouse kidneys in Sall1-targeted anephric rats (2019)
  • 著者名/発表者名: Goto Teppei、Hara Hiromasa、Sanbo Makoto、Masaki Hideki、Sato Hideyuki、Yamaguchi Tomoyuki、Hochi Shinichi、Kobayashi Toshihiro、Nakauchi Hiromitsu、Hirabayashi Masumi
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 10 号: 1 ページ: 451-451
  • DOI: 10.1038/s41467-019-08394-9
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] An interspecies barrier to tetraploid complementation and chimera formation (2018)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi Tomoyuki、Sato Hideyuki、Kobayashi Toshihiro、Kato-itoh Megumi、Goto Teppei、Hara Hiromasa、Mizuno Naoaki、Yanagida Ayaka、Umino Ayumi、Hamanaka Sanae、Suchy Fabian、Masaki Hideki、Ota Yasunori、Hirabayashi Masumi、Nakauchi Hiromitsu
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 8 号: 1 ページ: 15289-15298
  • DOI: 10.1038/s41598-018-33690-7
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Generation of Vascular Endothelial Cells and Hematopoietic Cells by Blastocyst Complementation. (2018)
  • 著者名/発表者名: Hamanaka S, Umino A, Sato H, Hayama T, Yanagida A, Mizuno N, Kobayashi T, Kasai M, Suchy FP, Yamazaki S, Masaki H, Yamaguchi T, Nakauchi H.
  • 雑誌名: Stem Cell Reports. 巻: 11(4) 号: 4 ページ: 988-997
  • DOI: 10.1016/j.stemcr.2018.08.015
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Chimeric liver transplantation reveals interspecific graft remodelling. (2018)
  • 著者名/発表者名: Oldani G, Peloso A, Vijgen S, Wilson EM, Slits F, Gex Q, Morel P, Delaune V, Orci LA, Yamaguchi T, Kobayashi T, Rubbia-Brandt L, Nakauchi H, Lacotte S, Toso C.
  • 雑誌名: J Hepatol. 巻: 69(5) 号: 5 ページ: 1025-1036
  • DOI: 10.1016/j.jhep.2018.07.008
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Tracing the transitions from pluripotency to germ cell fate with CRISPR screening (2018)
  • 著者名/発表者名: Hackett Jamie A.、Huang Yun、G?nesdogan Ufuk、Gretarsson Kristjan A.、Kobayashi Toshihiro、Surani M. Azim
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 9 号: 1 ページ: 1-12
  • DOI: 10.1038/s41467-018-06230-0
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Targeted DamID reveals differential binding of mammalian pluripotency factors (2018)
  • 著者名/発表者名: Cheetham Seth W.、Gruhn Wolfram H.、van den Ameele Jelle、Krautz Robert、Southall Tony D.、Kobayashi Toshihiro、Surani M. Azim、Brand Andrea H.
  • 雑誌名: Development 巻: 145 号: 20 ページ: 1-11
  • DOI: 10.1242/dev.170209
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] On the origin of the human germline (2018)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi Toshihiro、Surani M. Azim
  • 雑誌名: Development 巻: 145 号: 16 ページ: 1-4
  • DOI: 10.1242/dev.150433
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] In vivo および in vitro におけるラット多能性幹細胞からの生殖細胞誘導 (2022)
  • 著者名/発表者名: 小林 俊寛
  • 学会等名: 日本再生医療学会総会
  • 招待講演
• [学会発表] In vitro Reconstitution of Germline Development in Rats (2022)
  • 著者名/発表者名: Toshihiro Kobayashi
  • 学会等名: IMSUT International Joint Usage/Research Center-Young Researchers Symposium
  • 招待講演
• [学会発表] ラット多能性幹細胞からの機能的な生殖細胞作製 (2022)
  • 著者名/発表者名: 小林 俊寛
  • 学会等名: 第15回 ラットリソース・リサーチ研究会
  • 招待講演
• [学会発表] 乗り越えろ！異種の壁 ～初期胚・生殖細胞発生からみた哺乳類間の類似点と相違点～ (2022)
  • 著者名/発表者名: 小林 俊寛
  • 学会等名: The 81st Scienc-ome
  • 招待講演
• [学会発表] ラット多能性幹細胞からの機能的な始原生殖細胞の分化誘導 (2021)
  • 著者名/発表者名: 及川 真実, 小林 久人, 三宝 誠, 水野 直彬, 岩月 研祐, 山内 恵子, 吉田 史香, 山本 拓也, 篠原 隆司, 中内 啓光, 栗本 一基, 平林 真澄, 小林 俊寛
  • 学会等名: 第44回日本分子生物学会年会
• [学会発表] ラット Naive 型多能性幹細胞におけるゲノムインプリンティング消去回避の試み (2021)
  • 著者名/発表者名: 岩月 研祐, 及川 真実, 小林 久人, 栗本 一基, 平林 真澄, 小林 俊寛
  • 学会等名: 第44回日本分子生物学会年会
• [学会発表] Blastocyst complementation using Prdm14-deficient rats for robust germline transmission (2021)
  • 著者名/発表者名: Toshihiro Kobayashi, Teppei Goto, Mami Oikawa, Makoto Sanbo, Yasuhiro Kazuki, Hiromitsu Nakauchi, Azim M Surani, Masumi Hirabayashi
  • 学会等名: 第18回幹細胞シンポジウム
• [学会発表] 胚盤胞補完法とその遺伝子改変動物作製への応用 (2021)
  • 著者名/発表者名: 小林 俊寛
  • 学会等名: 第94回日本生化学会
  • 招待講演
• [学会発表] 円盤状胚盤を形成する哺乳類から樹立した多能性幹細胞とその利用 (2020)
  • 著者名/発表者名: 小林 俊寛
  • 学会等名: 第43回日本分子生物学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] Conservation and diversity of germline development in mammals (2020)
  • 著者名/発表者名: Toshihiro Kobayashi
  • 学会等名: 1st CU- KU Symposium and 4th CU-NIPS Symposium
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Prdm14 遺伝子座に H2BVeunus をノックインしたラットにおける始原生殖細胞発生の解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 小林 俊寛
  • 学会等名: 第66回 日本実験動物学会
• [学会発表] Generation of organs from pluripotent stem cells via blastocyst complementation (2019)
  • 著者名/発表者名: Toshihiro Kobayashi
  • 学会等名: 2019 Korea-Yonsei-NIPS International Joint Symposium
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 胚発生過程を利用した目的臓器の再生 (2019)
  • 著者名/発表者名: 小林 俊寛
  • 学会等名: 日本動物学会 第90回 大阪大会
  • 招待講演
• [学会発表] 哺乳類の生殖細胞成立機構における保存性と多様性 (2019)
  • 著者名/発表者名: 小林 俊寛
  • 学会等名: 中部幹細胞クラブシンポジウム 2019
  • 招待講演
• [学会発表] 多能性幹細胞とモデル動物を用いてヒト生殖細胞の起源を探る (2018)
  • 著者名/発表者名: 小林 俊寛
  • 学会等名: 第34回 日本霊長類学会大会
  • 招待講演
• [学会発表] ヒト初期発生、とくに生殖細胞への 運命決定機構の解明に向けた複合的アプローチ (2018)
  • 著者名/発表者名: 小林 俊寛
  • 学会等名: 第111回 日本繁殖生物学会大会
  • 招待講演
• [備考] 生理学研究所 遺伝子改変動物作製室 HP
  • URL: http://www.nips.ac.jp/mamtg/
• [備考] 東京大学医科学研究所 幹細胞治療研究センター 再生発生学分野 HP
  • URL: https://stemcell-imsut.org/laboratory/
• [備考] 自然科学研究機構 生理学研究所 遺伝子改変動物作製室 (平林研究室) HP
  • URL: http://www.nips.ac.jp/mamtg/