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精子幹細胞の細胞周期の特性と制御メカニズムの解明

研究課題

研究課題/領域番号 23H00380
研究種目

基盤研究(A)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 中区分44:細胞レベルから個体レベルの生物学およびその関連分野
研究機関基礎生物学研究所

研究代表者

吉田 松生  基礎生物学研究所, 生殖細胞研究部門, 教授 (60294138)

研究分担者 木村 啓志  東海大学, マイクロ・ナノ研究開発センター, 教授 (40533625)
研究期間 (年度) 2023-04-01 – 2026-03-31
研究課題ステータス 交付 (2025年度)
配分額 *注記
47,320千円 (直接経費: 36,400千円、間接経費: 10,920千円)
2025年度: 13,650千円 (直接経費: 10,500千円、間接経費: 3,150千円)
2024年度: 14,560千円 (直接経費: 11,200千円、間接経費: 3,360千円)
2023年度: 19,110千円 (直接経費: 14,700千円、間接経費: 4,410千円)
キーワードマウス / 精子幹細胞 / 細胞周期 / 精細管周期 / 培養
研究開始時の研究の概要

精子幹細胞は、ほ乳類の精子形成の特性でありながら、宿命的に相反する「生産性」と「正確性」を両立する鍵である。我々は、マウスの精子幹細胞の中で最も未分化な画分の細胞周期が最も長く分化に向かうと短くなること、さらに、精巣組織で起こる9日周期の環境変化(精細管周期)と同期すること、を見出している。この性質は、突然変異が幹細胞に蓄積するのを抑制しながら効率よく分化細胞が生み出すことで、生産性と正確性の両立に貢献すると考えられる。本研究では、この細胞画分の細胞周期が精細管周期と同期して進行するメカニズムを、周期的に発現変動する自己複製因子(GDNF)の作用に注目して解析する。

研究実績の概要

本年度は、精巣の体細胞が産生し精子幹細胞の細胞周期と同調して発現変動する細胞外因子で、精子幹細胞の増殖を促進し分化を抑制するGDNF(グリア細胞株由来神経栄養因子)の発現を減少させた時の幹細胞の亜画分の挙動を免疫染色により検討し、幹細胞の周期に与える変化を解明した。さらに、GDNFビーズを移植し、幹細胞の細胞周期に与える影響を評価した。また、細胞周期の長い精子幹細胞画分を特異的に標識するトランスジェニックマウス系統を樹立し、精子幹細胞における発現を評価し、計画通りの発現を示すことを確認した。このラインを用いて、この細胞画分のソーティング、ライブイメージング、培養を行う計画である。さらに、in vitroの精子幹細胞培養を用いてin vivoの細胞外因子の変動を再構成、あるいは人為操作すると同時に、ライブイメージングを行うための培養イメージングデバイスの開発を行った。具体的には空気透過性樹脂(PDMS)を用いたマイクロ流体デバイスで、培地成分の時空間分布を高い時空間精度でコンピュータ操作することを実現した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

上記のように本研究は進行している。本年度に基盤を固めたin vivo及びin vitroシステムを用いて、引き続き順調な進展が期待される。

今後の研究の推進方策

基本的には現在の研究を継続して推進する。
in vivoにおいては、精巣組織の免疫染色を用いて、精子幹細胞の細胞周期状態と精細管周期の関連の詳細な解析を進めるとともに、本年度作出したマウス系統を用いてライブイメージングを行い、精子幹細胞の細胞周期を詳細に解析する。In vitroにおいては、本年度開発したデバイスの改良を進める。具体的には、現在のデバイスを基本型とし、細胞とりわけ精子幹細胞を培養する条件(基質や培地成分、流速など)、イメージングの条件(イメージング機器とのインターフェース、光学系の条件検討)を行う。

報告書

(2件)
  • 2023 審査結果の所見   実績報告書
  • 研究成果

    (37件)

すべて 2024 2023 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (7件) (うち国際共著 3件、 査読あり 7件、 オープンアクセス 7件) 学会発表 (26件) (うち国際学会 7件、 招待講演 15件) 備考 (3件)

  • [国際共同研究] UCLA(米国)

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [雑誌論文] Human spermatogonial stem cells retain states with a foetal-like signature2024

    • 著者名/発表者名
      Bush Stephen J.、Nikola Rafail、Han Seungmin、Suzuki Shinnosuke、Yoshida Shosei、Simons Benjamin D.、Goriely Anne
    • 雑誌名

      bioRxiv

      巻: -

    • DOI

      10.1101/2024.03.18.585628

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Standalone cell culture microfluidic device-based microphysiological system for automated cell observation and application in nephrotoxicity tests2024

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Kimura, Hiroko Nakamura, Tomomi Goto, Wakana Uchida, Takayuki Uozumi, Daniel Nishizawa, Kenta Shinha, Junko Sakagami, Kotaro Doi
    • 雑誌名

      Lab on a chip

      巻: 24 号: 3 ページ: 408-421

    • DOI

      10.1039/d3lc00934c

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Improvements in <i>in vitro</i> spermatogenesis: oxygen concentration, antioxidants, tissue-form design, and space control2024

    • 著者名/発表者名
      Takehiko OGAWA, Takafumi MATSUMURA, Tatsuma YAO, Hiroshi KIMURA, Kiyoshi HASHIMOTO, Yu ISHIKAWA-YAMAUCHI, Takuya SATO
    • 雑誌名

      Journal of Reproduction and Development

      巻: 70 号: 1 ページ: 1-9

    • DOI

      10.1262/jrd.2023-093

    • ISSN
      0916-8818, 1348-4400
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] PRC1 directs PRC2-H3K27me3 deposition to shield adult spermatogonial stem cells from differentiation2023

    • 著者名/発表者名
      Hu Mengwen、Yeh Yu-Han、Maezawa So、Nakagawa Toshinori、Yoshida Shosei、Namekawa Satoshi?H
    • 雑誌名

      Nucleic Acids Research

      巻: 52 号: 5 ページ: 2306-2322

    • DOI

      10.1093/nar/gkad1203

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Branched germline cysts and female-specific cyst fragmentation facilitate oocyte determination in mice2023

    • 著者名/発表者名
      Ikami Kanako、Shoffner-Beck Suzanne、Tyczynska Weh Malgorzata、Schnell Santiago、Yoshida Shosei、Diaz Miranda Edgar Andres、Ko Sooah、Lei Lei
    • 雑誌名

      Proceedings of the National Academy of Sciences

      巻: 120 号: 20

    • DOI

      10.1073/pnas.2219683120

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] In vitro spermatogenesis in isolated seminiferous tubules of immature mice2023

    • 著者名/発表者名
      Feng Xuemin、Matsumura Takafumi、Yamashita Yuki、Sato Takuya、Hashimoto Kiyoshi、Odaka Hisakazu、Makino Yoshinori、Okada Yuki、Nakamura Hiroko、Kimura Hiroshi、Fujii Teruo、Ogawa Takehiko
    • 雑誌名

      PLOS ONE

      巻: 18 号: 4 ページ: e0283773-e0283773

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0283773

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Culture-space control is effective in promoting haploid cell formation and spermiogenesis in vitro in neonatal mice.2023

    • 著者名/発表者名
      Kiyoshi Hashimoto, Hisakazu Odaka, Yu Ishikawa-Yamauchi, Shino Nagata, Hiroko Nakamura, Hiroshi Kimura, Takuya Sato, Kazuhide Makiyama, Takehiko Ogawa
    • 雑誌名

      Scientific reports_

      巻: 13(1) 号: 1 ページ: 12354-12354

    • DOI

      10.1038/s41598-023-39323-y

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Spermatogenic cycle and wave: self-organizing dynamical patterns of germ cell turnover in the mouse testis2024

    • 著者名/発表者名
      Shosei Yoshida
    • 学会等名
      RIKEN BDR Symposium 2024 "Time Across Scales: Development, Homeostasis and Aging"
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Barcoding the mouse germline from development to the next generation2024

    • 著者名/発表者名
      吉田松生
    • 学会等名
      MACS共催 生物多様性コロキウム
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 精巣組織培養イメージングデバイスの酸素透過膜の検討2024

    • 著者名/発表者名
      岸本徹哉, 白井大喜, 鴨下真紀, 中村寛子, 小川毅彦, 伊川正人, 木村啓志
    • 学会等名
      Tune15
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 生体内環境におけるシグナル物質の濃度変動再現に向けたマイクロ流体システムの開発2024

    • 著者名/発表者名
      髙橋翔大, 宮下創, 榛葉健太, 木村啓志
    • 学会等名
      Tune15
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 生体模倣システムのための高汎用型流体プラットフォーム2024

    • 著者名/発表者名
      木村啓志
    • 学会等名
      再生・細胞医療・遺伝子治療 ~AMED~ 、JST新技術説明会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 精子形成率向上に向けた精巣組織培養イメージングデバイスの酸素透過膜の検討2024

    • 著者名/発表者名
      岸本徹哉, 白井大喜, 鴨下真紀, 中村寛子, 小川毅彦, 伊川正人, 木村啓志
    • 学会等名
      関東学生会第63回学生員卒業研究発表講演会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] シグナル物質に対する細胞応答の観察に向けたマイクロ流体デバイスの開発2024

    • 著者名/発表者名
      髙橋翔大, 宮下創, 榛葉健太, 木村啓志
    • 学会等名
      関東学生会第63回学生員卒業研究発表講演会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 社会実装に向けたMicrophysiological system~腎・腸・多臓器モデルについて~2024

    • 著者名/発表者名
      木村啓志
    • 学会等名
      第3回NCBAワーキンググループ研究会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 精子形成の「周期と波」の可視化と数理モデルによる考察2023

    • 著者名/発表者名
      吉田松生
    • 学会等名
      第53回精子研究会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Dynamic spatiotemporal patterning of mouse spermatogenesis and sperm stem cells2023

    • 著者名/発表者名
      Shosei Yoshida
    • 学会等名
      CSCI International Seminar
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] マウス精子幹細胞の不均一性は制御できるのか?2023

    • 著者名/発表者名
      鈴木伸之介、吉田松生
    • 学会等名
      第116回日本繁殖生物学会大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] マウス精子形成が示す8.6日周期のリズム現象-精細管周期と周期波-の可視化とモデル化2023

    • 著者名/発表者名
      吉田松生
    • 学会等名
      日本睡眠学会第45回定期学術集会・第30回日本時間生物学会学術大会合同大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Wave and cycle patterning of mammalian spermatogenesis.2023

    • 著者名/発表者名
      Shosei Yoshida
    • 学会等名
      Developmental Biology, Gordon Research Conference
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] マウス精子幹細胞株の不均一性の実態とその制御2023

    • 著者名/発表者名
      鈴木伸之介、吉田松生、ハーマンブライアン、阿部訓也
    • 学会等名
      日本実験動物学会第70回定期大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Barcoding the mouse male germline to the next generation.2023

    • 著者名/発表者名
      Shosei Yoshida
    • 学会等名
      Germinal Stem Cell Biology, Gordon Research Conference
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Organ/Multiorgans-on-a-Chipの実用化に向けた取り組み2023

    • 著者名/発表者名
      木村啓志
    • 学会等名
      第31回日本医学会総会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Development of a testis tissue culture device for drug toxicity test2023

    • 著者名/発表者名
      Shirai H, Kamoshita M, Nakamura H, Ogawa T, Ikawa M, Kimura H,
    • 学会等名
      MPS WORLD SUMMIT
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 顕微鏡イメージング用組織・器官培養デバイス2023

    • 著者名/発表者名
      木村啓志
    • 学会等名
      大学見本市 2023~イノベーション・ジャパン
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 我が国におけるMicrophysiological system開発の事例紹介2023

    • 著者名/発表者名
      木村啓志
    • 学会等名
      第二回 Nikon MPS ハンズオンテクニカルセミナー2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] マイクロ流体デバイス技術を基盤とする生体模倣システム2023

    • 著者名/発表者名
      木村啓志
    • 学会等名
      東海大学次世代研究創成拠点シンポジウム
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Microphysiological System (MPS) Platforms based on Microfluidics2023

    • 著者名/発表者名
      Kimura H
    • 学会等名
      BMEiCON2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] バイオDXに向けた精巣組織培養イメージング自動化システムの開発2023

    • 著者名/発表者名
      白井大喜, 岸本徹哉, 李博揚, 鴨下真紀, 中村寛子, 舟橋啓, 小川毅彦, 伊川正人, 木村啓志
    • 学会等名
      バイオDXキックオフシンポ
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 我が国におけるMicrophysiological system開発の事例紹介2023

    • 著者名/発表者名
      木村啓志
    • 学会等名
      生体模倣システム創製研究アライアンス・キックオフ会議
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] マイクロ流体デバイスを技術基盤とするMicrophysiological Systemの実用化に向けた取り組み2023

    • 著者名/発表者名
      木村啓志
    • 学会等名
      日本動物実験代替法学会 第36回大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] MPS製品開発の経験2023

    • 著者名/発表者名
      木村啓志
    • 学会等名
      Microphysiological Systems(MPS)、メドテック社会実装講座第3回
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 精子形成機序解明に向けた精巣培養ライブイメージング用システムの開発2023

    • 著者名/発表者名
      白井大喜, 岸本徹哉, 鴨下真紀, 中村寛子, 舟橋啓, 小川毅彦, 伊川正人, 木村啓志,
    • 学会等名
      第19回研修会 (総医研研究集会)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [備考] 基礎生物学研究所 吉田研究室

    • URL

      https://www.nibb.ac.jp/germcell/

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [備考] Kimura Lab.

    • URL

      https://www.kimura-lab.info/

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [備考] researchmap 木村 啓志

    • URL

      https://researchmap.jp/hiropain

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書

URL: 

公開日: 2023-04-13   更新日: 2025-06-20  

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