着床前胚に由来する幹細胞を用いた全能性の再構築

• 研究領域: 全能性プログラム：デコーディングからデザインへ
• 研究課題/領域番号: 19H05757
• 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: 熊本大学 (2022-2023); 東北大学 (2019-2021)
• 研究代表者: 岡江 寛明 熊本大学, 発生医学研究所, 教授 (10582695)
• 研究分担者: 大日向 康秀 千葉大学, 大学院医学研究院, 講師 (70415107)
• 研究期間 (年度): 2019-06-28 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 124,800千円 (直接経費: 96,000千円、間接経費: 28,800千円); 2023年度: 23,400千円 (直接経費: 18,000千円、間接経費: 5,400千円); 2022年度: 23,400千円 (直接経費: 18,000千円、間接経費: 5,400千円); 2021年度: 23,400千円 (直接経費: 18,000千円、間接経費: 5,400千円); 2020年度: 23,400千円 (直接経費: 18,000千円、間接経費: 5,400千円); 2019年度: 31,200千円 (直接経費: 24,000千円、間接経費: 7,200千円)
• キーワード: 全能性 / ES/iPS細胞 / 栄養膜幹細胞（TS細胞） / 原始内胚葉幹細胞（PrES細胞） / ES細胞 / 胚体外性幹細胞 / 栄養膜幹細胞 / 原始内胚葉幹細胞 / 幹細胞 / 人工胚盤胞 / 人工胎盤

研究開始時の研究の概要

唯一全能性を保持する受精卵は、卵割を繰り返し、胚盤胞と呼ばれる初期胚を形成する。胚盤胞はエピブラスト、栄養膜、原始内胚葉の3種類、数10個の細胞で構成されるが、何故、この単純な構造から個体生命を形成できるのか、その機構は謎に包まれている。本研究では、個々の細胞に全能性を誘導するのではなく、胚盤胞に由来する幹細胞を組み合わせることで、胚発生能を有するマウス人工胚盤胞を作製する。さらに、ヒト胚盤胞を構成する全系列の幹細胞化、ヒトTS細胞の3次元培養技術の確立、ヒト人工栄養膜幹細胞の作製を実施する。

研究成果の概要

マウス人工胚盤胞の作製と、ヒト胚盤胞を構成する全細胞系譜の幹細胞化を目的として、以下の研究を実施した。マウスにおいては、胚盤胞を構成するエピブラスト、栄養膜、原始内胚葉の3つの細胞系譜の内、これまで報告がなかった原始内胚葉幹細胞(PrES細胞)の樹立に成功し、発表した(Science 2022)。ヒトにおいては、ES/iPS細胞からTS細胞への分化誘導系を確立し、ヒト栄養膜細胞系列への運命決定に霊長類特異的なマイクロRNAクラスターC19MCが重要であることを報告した（Nat Commun 2022）。さらに、ヒト卵黄嚢組織から、長期培養可能な幹細胞株の樹立に成功した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究では、マウスPrES細胞やヒト卵黄嚢幹細胞を樹立することに初めて成功した。さらに、マウスPrES細胞を用いた人工胚盤胞の再構築、ヒトTS細胞を用いた栄養膜系列への運命決定機構の解析などを通して、幹細胞を用いて哺乳類の初期発生を研究するための技術基盤を確立した。

研究成果

• [国際共同研究] CNRS(フランス)
• [国際共同研究] University of Kansas Medical Center(米国)
• [国際共同研究] CBI Toulouse/Universite de Nantes(フランス)
• [国際共同研究] McGill University/University of Western Ontario(カナダ)
• [国際共同研究] University of Kansas Medical Center(米国)
• [国際共同研究] CNRS(フランス)
• [雑誌論文] Trophoblast stem cell-based organoid models of the human placental barrier (2024)
  • 著者名/発表者名: Hori Takeshi、Okae Hiroaki、Shibata Shun、Kobayashi Norio、Kobayashi Eri H.、Oike Akira、Sekiya Asato、Arima Takahiro、Kaji Hirokazu
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 15 号: 1 ページ: 1-1
  • DOI: 10.1038/s41467-024-45279-y
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Modeling embryo-endometrial interface recapitulating human embryo implantation (2024)
  • 著者名/発表者名: Shibata Shun、Endo Shun、Nagai Luis A. E.、H. Kobayashi Eri、Oike Akira、Kobayashi Norio、Kitamura Akane、Hori Takeshi、Nashimoto Yuji、Nakato Ryuichiro、Hamada Hirotaka、Kaji Hirokazu、Kikutake Chie、Suyama Mikita、Saito Masatoshi、Yaegashi Nobuo、Okae Hiroaki、Arima Takahiro
  • 雑誌名: Science Advances 巻: 10 号: 8
  • DOI: 10.1126/sciadv.adi4819
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Regulation of human trophoblast gene expression by endogenous retroviruses (2023)
  • 著者名/発表者名: Frost Jennifer M.、Amante Samuele M.、Okae Hiroaki、Jones Eleri M.、Ashley Brogan、Lewis Rohan M.、Cleal Jane K.、Caley Matthew P.、Arima Takahiro、Maffucci Tania、Branco Miguel R.
  • 雑誌名: Nature Structural & Molecular Biology 巻: - 号: 4 ページ: 527-538
  • DOI: 10.1038/s41594-023-00960-6
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Extravillous trophoblast cell lineage development is associated with active remodeling of the chromatin landscape (2023)
  • 著者名/発表者名: Varberg Kaela M.、Dominguez Esteban M.、Koseva Boryana、Varberg Joseph M.、McNally Ross P.、Moreno-Irusta Ayelen、Wesley Emily R.、Iqbal Khursheed、Cheung Warren A.、Schwendinger-Schreck Carl、Smail Craig、Okae Hiroaki、Arima Takahiro、Lydic Michael、Holoch Kristin、Marsh Courtney、Soares Michael J.、Grundberg Elin
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 14 号: 1 ページ: 4826-4826
  • DOI: 10.1038/s41467-023-40424-5
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] CRISPR screening in human trophoblast stem cells reveals both shared and distinct aspects of human and mouse placental development (2023)
  • 著者名/発表者名: Takanori Shimizu*, Akira Oike*, Eri H. Kobayashi*, Asato Sekiya, Norio Kobayashi, Shun Shibata, Hirotaka Hamada, Masatoshi Saito, Nobuo Yaegashi, Mikita Suyama, Takahiro Arima, and Hiroaki Okae. *T.S., A.O., and E.H.K. contributed equally to this work.
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences 巻: 120 号: 51
  • DOI: 10.1073/pnas.2311372120
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Generation of Mouse Primitive Endoderm Stem Cells (2023)
  • 著者名/発表者名: Yasuhide Ohinata、Atsunori Saraya、Haruhiko Koseki
  • 雑誌名: BIO-PROTOCOL 巻: 13(22) 号: 22
  • DOI: 10.21769/bioprotoc.4878
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] CITED2 is a conserved regulator of the uterine-placental interface. (2023)
  • 著者名/発表者名: Kuna Marija、Dhakal Pramod、Iqbal Khursheed、Dominguez Esteban M.、Kent Lindsey N.、Muto Masanaga、Moreno-Irusta Ayelen、Kozai Keisuke、Varberg Kaela M.、Okae Hiroaki、Arima Takahiro、Sucov Henry M.、Soares Michael J.
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences 巻: 120 号: 3 ページ: 120-123
  • DOI: 10.1073/pnas.2213622120
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Genomic imprinting in human placentation (2022)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi Eri H.、Shibata Shun、Oike Akira、Kobayashi Norio、Hamada Hirotaka、Okae Hiroaki、Arima Takahiro
  • 雑誌名: Reproductive Medicine and Biology 巻: 21 号: 1
  • DOI: 10.1002/rmb2.12490
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The multifaceted role of GCM1 during trophoblast differentiation in the human placenta (2022)
  • 著者名/発表者名: Jeyarajah Mariyan J.、Jaju Bhattad Gargi、Kelly Rachel D.、Baines Kelly J.、Jaremek Adam、Yang Fei-Hung P.、Okae Hiroaki、Arima Takahiro、Dumeaux Vanessa、Renaud Stephen J.
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences 巻: 119 号: 49
  • DOI: 10.1073/pnas.2203071119
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The microRNA cluster C19MC confers differentiation potential into trophoblast lineages upon human pluripotent stem cells (2022)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi Norio、Okae Hiroaki、Hiura Hitoshi、Kubota Naoto、Kobayashi Eri H.、Shibata Shun、Oike Akira、Hori Takeshi、Kikutake Chie、Hamada Hirotaka、Kaji Hirokazu、Suyama Mikita、Bortolin-Cavaill? Marie-Line、Cavaill? J?r?me、Arima Takahiro
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 13 号: 1 ページ: 3071-3071
  • DOI: 10.1038/s41467-022-30775-w
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Genetic, Genomic, and Imaging Approaches to Dissect the Role of Polycomb Group Epigenetic Regulators in Mice (2022)
  • 著者名/発表者名: Yakushiji-Kaminatsui Nayuta、Kondo Takashi、Ohinata Yasuhide、Takano Junichiro、Koseki Haruhiko
  • 雑誌名: Methods in Molecular Biology 巻: - ページ: 207-228
  • DOI: 10.1007/978-1-0716-2481-4_10
  • ISBN: 9781071624807, 9781071624814
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Intersection of regulatory pathways controlling hemostasis and hemochorial placentation (2021)
  • 著者名/発表者名: Muto Masanaga、Chakraborty Damayanti、Varberg Kaela M.、Moreno-Irusta Ayelen、Iqbal Khursheed、Scott Regan L.、McNally Ross P.、Choudhury Ruhul H.、Aplin John D.、Okae Hiroaki、Arima Takahiro、Matsumoto Shoma、Ema Masatsugu、Mast Alan E.、Grundberg Elin、Soares Michael J.
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences 巻: 118 号: 50
  • DOI: 10.1073/pnas.2111267118
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] ASCL2 reciprocally controls key trophoblast lineage decisions during hemochorial placenta development (2021)
  • 著者名/発表者名: Varberg Kaela M.、Iqbal Khursheed、Muto Masanaga、Simon Mikaela E.、Scott Regan L.、Kozai Keisuke、Choudhury Ruhul H.、Aplin John D.、Biswell Rebecca、Gibson Margaret、Okae Hiroaki、Arima Takahiro、Vivian Jay L.、Grundberg Elin、Soares Michael J.
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences 巻: 118 号: 10
  • DOI: 10.1073/pnas.2016517118
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Naive Human Embryonic Stem Cells Can Give Rise to Cells with a Trophoblast-like Transcriptome and Methylome (2020)
  • 著者名/発表者名: Cinkornpumin Jessica K.、Kwon Sin Young、Guo Yixin、Hossain Ishtiaque、Sirois Jacinthe、Russett Colleen S.、Tseng Hsin-Wei、Okae Hiroaki、Arima Takahiro、Duchaine Thomas F.、Liu Wanlu、Pastor William A.
  • 雑誌名: Stem Cell Reports 巻: 15 号: 1 ページ: 198-213
  • DOI: 10.1016/j.stemcr.2020.06.003
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Histone deacetylase 1 and 2 drive differentiation and fusion of progenitor cells in human placental trophoblasts (2020)
  • 著者名/発表者名: Jaju Bhattad Gargi、Jeyarajah Mariyan J.、McGill Megan G.、Dumeaux Vanessa、Okae Hiroaki、Arima Takahiro、Lajoie Patrick、B?rub? Nathalie G.、Renaud Stephen J.
  • 雑誌名: Cell Death & Disease 巻: 11 号: 5 ページ: 311-327
  • DOI: 10.1038/s41419-020-2500-6
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Atypical protein kinase C iota (PKCλ/ι) ensures mammalian development by establishing the maternal?fetal exchange interface (2020)
  • 著者名/発表者名: Bhattacharya Bhaswati、Home Pratik、Ganguly Avishek、Ray Soma、Ghosh Ananya、Islam Md. Rashedul、French Valerie、Marsh Courtney、Gunewardena Sumedha、Okae Hiroaki、Arima Takahiro、Paul Soumen
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences 巻: 117 号: 25 ページ: 14280-14291
  • DOI: 10.1073/pnas.1920201117
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Unique features and emerging in vitro models of human placental development. (2020)
  • 著者名/発表者名: Shun Shibata, Eri H Kobayashi, Norio Kobayashi, Akira Oike, Hiroaki Okae, Takahiro Arima.
  • 雑誌名: Reprod Med Biol . 巻: 12 号: 4 ページ: 301-313
  • DOI: 10.1002/rmb2.12347
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Induction of Human Trophoblast Stem Cells from Somatic Cells and Pluripotent Stem Cells (2020)
  • 著者名/発表者名: Castel G, Meistermann D, Bretin B, Firmin J, Blin J, Loubersac S, Bruneau A, Chevolleau S, Kilens S, Chariau C, Gaignerie A, Francheteau Q, Kagawa H, Charpentier E, Flippe L, Francois-Campion V, Haider S, Dietrich B, Knofler M, Arima T, Bourdon J, Rivron N, Masson D, Fournier T, Okae H, Freour T, David L
  • 雑誌名: Cell Reports 巻: 33 号: 8 ページ: 108419-108419
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2020.108419
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] G protein subunit β1 is an important mediator of the late stage of endochondral ossification (2020)
  • 著者名/発表者名: Ruengsinpinya Lerdluck、Murakami Tomohiko、Nakamura Eriko、Takahata Yoshifumi、Hata Kenji、Nakaminami Yuri、Okae Hiroaki、Nishimura Riko
  • 雑誌名: Biochemical and Biophysical Research Communications 巻: 533 号: 1 ページ: 90-96
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2020.08.119
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Loss of p57KIP2expression confers resistance to contact inhibition in human androgenetic trophoblast stem cells (2019)
  • 著者名/発表者名: Takahashi Sota、Okae Hiroaki、Kobayashi Norio、Kitamura Akane、Kumada Kanako、Yaegashi Nobuo、Arima Takahiro
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences 巻: 116 号: 52 ページ: 26606-26613
  • DOI: 10.1073/pnas.1916019116
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] ヒト栄養膜幹細胞を用いた胎盤研究 (2024)
  • 著者名/発表者名: 岡江寛明
  • 学会等名: 第４回 有性生殖学会
  • 招待講演
• [学会発表] 遺伝子機能にもとづくヒトとマウス胎盤の進化的対応関係の理解 (2023)
  • 著者名/発表者名: 岡江寛明
  • 学会等名: 第41回日本受精着床学会総会・学術講演会
  • 招待講演
• [学会発表] Disease modeling with human trophoblast stem cells (2023)
  • 著者名/発表者名: 岡江寛明
  • 学会等名: The 18th International Symposium of the Institute Network for Biomedical Sciences
  • 招待講演
• [学会発表] 遺伝子からひも解くヒトとマウス胎盤の対応関係 (2023)
  • 著者名/発表者名: 岡江寛明
  • 学会等名: 第68回日本生殖医学会学術講演会
  • 招待講演
• [学会発表] ヒトとマウス胎盤の対応関係の理解 (2023)
  • 著者名/発表者名: 岡江寛明
  • 学会等名: 新学術・全能性 第5回公開シンポジウム
• [学会発表] Unlocking the mysteries of pregnancy with stem cells (2023)
  • 著者名/発表者名: 岡江寛明
  • 学会等名: 熊本大学発生医学研究所セミナー
  • 招待講演
• [学会発表] The microRNA cluster C19MC confers differentiation potential into trophoblast lineages upon human PSCs (2023)
  • 著者名/発表者名: 岡江寛明
  • 学会等名: IRCMS seminar "New Horizons in Developmental Biology"
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] C19MC confers differentiation potential into trophoblast lineages upon human PSCs (2023)
  • 著者名/発表者名: 岡江寛明
  • 学会等名: 熊本大学発生医学研究所セミナー
  • 招待講演
• [学会発表] C19MC is essential for the differentiation potential of hPSCs into trophoblast lineages (2022)
  • 著者名/発表者名: 岡江寛明
  • 学会等名: The 55th annual meeting of the Japanese Society of Developmental Biologists
• [学会発表] Critical role of genomic imprinting in human placental development (2022)
  • 著者名/発表者名: 岡江寛明
  • 学会等名: 新学術・全能性 The International Symposium “Totipotency and Germ Cell Development”
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ヒト胚着床モデル-母胎アセンブロイド-の開発 (2021)
  • 著者名/発表者名: 柴田峻、岡江寛明、有馬隆博
  • 学会等名: ART FORUM’21 生殖の分子機構への新たなアプローチ
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 生殖医学研究の最前線 進歩し続ける基礎研究 (2021)
  • 著者名/発表者名: 岡江寛明、有馬隆博.
  • 学会等名: 66th生殖医学会学術講演会・総会：シンポジウム
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ヒトES細胞からTS細胞への分化転換を阻害するエピジェネティックバリアの同定 (2021)
  • 著者名/発表者名: 岡江寛明
  • 学会等名: AMED研究開発交流会
  • 招待講演
• [学会発表] Modeling human placental development and disease with stem cells (2021)
  • 著者名/発表者名: 岡江寛明
  • 学会等名: 第9回東北大学スマート・エイジング学際重点研究センター シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] 分化全能性の消失に関わるインプリント遺伝子の同定 (2020)
  • 著者名/発表者名: 岡江寛明、小林記緒、有馬隆博
  • 学会等名: 日本繁殖生物学会第113回大会
  • 招待講演
• [学会発表] Epigenetic restriction of human pluripotency by silencing of the chromosome 19 miRNA cluster (2020)
  • 著者名/発表者名: 岡江寛明
  • 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] 着床前胚に由来する幹細胞を用いた全能性の再構築 (2020)
  • 著者名/発表者名: 岡江寛明
  • 学会等名: 新学術領域研究「全能性プログラム」Webinar
  • 招待講演
• [学会発表] Identification of an epigenetic barrier between human embryonic and trophoblast stem cells (2020)
  • 著者名/発表者名: 岡江寛明
  • 学会等名: 第93回日本生化学会大会
  • 招待講演
• [学会発表] ヒトES細胞からTS細胞への運命転換 (2020)
  • 著者名/発表者名: 岡江寛明
  • 学会等名: 新学術領域研究「配偶子インテグリティの構築」「全能性プログラム」合同公開シンポジウム2020
  • 招待講演
• [学会発表] なぜ絨毛癌は稀なのか？ヒト栄養膜幹細胞を用いた胎盤の腫瘍化抑制機構の解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 岡江 寛明
  • 学会等名: 第42回日本分子生物学会年会
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ヒト胚性幹細胞の栄養膜幹細胞への分化転換 (2019)
  • 著者名/発表者名: 小林 記緒
  • 学会等名: 第42回日本分子生物学会年会
  • 国際学会
• [学会発表] 雄核発生胚に由来するヒトTS細胞の樹立 (2019)
  • 著者名/発表者名: 岡江 寛明
  • 学会等名: 新学術領域キックオフシンポジウム
• [学会発表] Disease modeling with human trophoblast stem cells (2019)
  • 著者名/発表者名: 岡江 寛明
  • 学会等名: 幹細胞・再生医学イノベーション創出プログラム 事業内交流会
• [学会発表] ヒト胎盤異常のエピゲノム～全胞状奇胎の細胞特性の解析～ (2019)
  • 著者名/発表者名: 有馬 隆博
  • 学会等名: 日本人類遺伝学会第64回大会
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 再生医療等に用いるヒト胎盤由来幹細胞の細胞特性の解明 (2019)
  • 著者名/発表者名: 岡江 寛明
  • 学会等名: 令和元年度AMED再生医療研究交流会
• [図書] ヒト胎盤発生と幹細胞 (2021)
  • 著者名/発表者名: 柴田峻、岡江寛明、有馬隆博
  • 総ページ数: 5
  • 出版者: 医学書院(金原出版）
• [図書] ヒト初期発生におけるエピジェネティクス (2021)
  • 著者名/発表者名: 岡江寛明、有馬隆博
  • 総ページ数: 6
  • 出版者: 羊土社
• [図書] トロホブラスト幹細胞と展開 (2021)
  • 著者名/発表者名: 小林枝里、岡江寛明、有馬隆博
  • 総ページ数: 6
  • 出版者: メディカルレビュー社
• [図書] ヒトTS細胞を用いた胎盤疾患モデルの構築 (2021)
  • 著者名/発表者名: 大池 輝, 小林 枝里, 小林 記緒, 柴田 峻, 岡江 寛明, 北村 茜, 宮内 尚子, 有馬 隆博
  • 総ページ数: 5
  • 出版者: 北隆館／ニューサイエンス社