単一細胞解析による精子幹細胞システムの可塑性の解明

• 研究課題/領域番号: 17K07424
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 発生生物学
• 研究機関: 基礎生物学研究所
• 研究代表者: 中川 俊徳 基礎生物学研究所, 生殖細胞研究部門, 助教 (50456894)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円); 2019年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2018年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2017年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
• キーワード: 幹細胞 / 精子 / 生殖細胞 / シングルセル解析 / マウス / 精子幹細胞 / 精巣 / Eomes / single cell analysis / multiplex qRT-PCR / 哺乳類 / 発生・分化

研究成果の概要

マウスにおいて、分化にprimeした精子幹細胞であるPotential Stem Cellが再生時に予定運命を転換し、実際に自己複製を行うActual Stem Cellへと「逆戻り」する。本研究では、この制御機構を、単一細胞の遺伝子発現解析技術を用いて解明を試みた。Fluidigm C1とBiomark HDシステムを用い、また最新の報告も考慮し、転写因子であるEomes遺伝子に着目し研究を進めた。現在のところ培養精子幹細胞に強制発現を行う実験、定常状態での遺伝子破壊実験では著明な影響は見られていない。今後再生過程での機能解析が必要であると考えられる。

研究成果の学術的意義や社会的意義

マウスの精子幹細胞は、絶え間なく精子を作り続ける。精子幹細胞を含む生殖細胞が傷害された後に起こる再生時には、本来分化するはずだった細胞が、その運命を転換することで再生が促進される。しかし、どのようなプログラムが働くのか不明であった。今回、それに関与する候補の遺伝子を選定し、その機能解析を行った。本研究は、将来的にどのような分子メカニズムで幹細胞集団が元に戻るのかと言う問題を解く糸口になる可能性がある。

研究成果

• [雑誌論文] Isolation of Murine Spermatogenic Cells using a Violet-Excited Cell-Permeable DNA Binding Dye (2021)
  • 著者名/発表者名: Y.H. Yeh, M. Hu, T. Nakagawa, A. Sakashita, S. Yoshida, S. Maezawa and S.H. Namekaw
  • 雑誌名: J Vis Exp 巻: - 号: 167
  • DOI: 10.3791/61666
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] EXOC1 plays an integral role in spermatogonia pseudopod elongation and spermatocyte stable syncytium formation in mice (2021)
  • 著者名/発表者名: Y. Osawa, M. Usui, Y. Kuba, H.T. Le, N. Mikami, T. Nakagawa, Y. Daitoku, K. Kato, H.H. Shawki, Y. Ikeda, A. Kuno, K. Morimoto, Y. Tanimoto, T.T.H. Dinh, K. Murata, K. Yagami, M. Ema, S. Yoshida, S. Takahashi, S. Mizuno, and F. Sugiyama
  • 雑誌名: eLife 巻: -
  • NAID: 120007190954
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Competition for Mitogens Regulates Spermatogenic Stem Cell Homeostasis in an Open Niche (2019)
  • 著者名/発表者名: Kitadate Y., Jorg DJ., Tokue M,. Maruyama A., Ishikawa R., Tsuchiya S., Segi-Nishida E., Nakagawa T., Uchida A., Kimura-Yoshida C., Mizuno S., Sugiyama F., Azami T., Ema M., Noda C., Kobayashi S., Matsuo I., Kanai Y., Nagasawa T., Sugimoto Y., Takahashi S., Simons BD., Yoshida S.
  • 雑誌名: Cell Stem Cell 巻: 24 号: 1 ページ: 79-92
  • DOI: 10.1016/j.stem.2018.11.013
  • NAID: 120007128265
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Quantitative flux analysis of multistate spermatogenic stem cells in homeostasis (2020)
  • 著者名/発表者名: Toshinori Nakagawa, David J. Jorg, Benjamin D. Simons, Takashi Nagasawa, and Shosei Yoshida
  • 学会等名: Cold Spring Harbor Laboratory (Germ Cells)
  • 国際学会
• [学会発表] Plvap expression revealed that regular division and stochastic state transition coordinate the maintenance of mouse spermatogenic stem cell pool (2019)
  • 著者名/発表者名: Toshinori Nakagawa
  • 学会等名: 第17回幹細胞シンポジウム
• [学会発表] Mouse spermatogenic stem cells interconvert between different states at the top of differentiation hierarchy (2018)
  • 著者名/発表者名: Toshinori Nakagawa, David Jorg, Ben Simons, Takashi Nagasawa, Shosei Yoshida
  • 学会等名: Cold Spring Harbor meeting: Germ Cells
  • 国際学会
• [学会発表] Spermatogenic stem cells interconvert between different states at the top of differentiation hierarchy (2018)
  • 著者名/発表者名: Toshinori Nakagawa, David Jorg, Ben Simons, Takashi Nagasawa, Shosei Yoshida
  • 学会等名: 日本発生生物学会 秋季シンポジウム 2018