個体発生における生殖細胞集団のレパートリー動態の解明

2018 年度 実績報告書

• 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: 18H05551
• 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: 中村 隼明 広島大学, 生物圏科学研究科, 助教 (30613723)
• 研究期間 (年度): 2018-06-29 – 2023-03-31
• キーワード: 生殖細胞 / レパートリー / 細胞系譜 / バーコーディング

研究実績の概要

本研究では、発生過程において機能的な配偶子を作り出す生殖細胞レパートリーの動態を経時的定量的に解明する。配偶子インテグリティの構築におけるレパートリー動態の生物学的意義を解明するとともに、in vitro gametogenesisのインテグリティ構築に貢献する。2018年度は以下の研究を行った。まず、最近開発された遺伝子バーコーディング法を用いて、マウス胎児中で正常に発生している多数の生殖細胞を一つ一つの系譜を区別して追跡する実験系の構築を行った。他の系譜追跡実験で実績のある3種類のマウス系統を用いたところ、生殖細胞非特異的かつ薬剤非依存的なリーク活性によってバーコードが生成されてしまうという、当初想定できなかったバーコーディングに特有の問題が明らかとなった。この対策として、新規のトランスジェニックマウス系統を作出した結果、上記の問題が克服されたことを示唆する結果を得た。ついで、ほ乳類と異なる生殖細胞発生様式を示す鳥類（ニワトリ）において、初期胚血液中から分離・蛍光標識した生殖細胞を移植し、細胞系譜を定量的に解析できる実験系を確立した。また、ニワトリ初期胚由来生殖細胞の培養系を確立し、生殖細胞株を樹立した。さらに、in vitro gametogenesisのインテグリティ構築における重要なパラメータとして温度に注目して、様々な温度条件で精巣の器官培養を行おこなった。その結果、減数分裂過程が障害を受ける温度閾値が存在すること見出した。以上の研究は、本新学術領域の他の計画研究及び海外（独国及び英国）と共同で遂行した。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

上記のように、2018年度にはバーコーディング実験に特有の予期できない問題が生じたために新たなマウス系統を作出するための時間を要し、区分3と判断する。しかし、この問題は概ね克服できたと考えられる他、本研究計画全般については総じて順調に進行している。

今後の研究の推進方策

本研究の2年目にあたる2019年度以降、初年度の2018年度に築いた成果を基盤として研究を発展させる。具体的には、様々なタイミングで導入したバーコードを様々なタイミングで解析して、マウス生殖細胞発生におけるレパートリーの動態を明らかにする実験を進める。鳥類については、ニワトリ培養生殖細胞株への遺伝子導入・選別を行い、移植によって次世代で恒常的にGFPを発現する遺伝子導入ニワトリを作出する。さらに、高温条件が減数分裂に異常を引き起こすことでin vitro gametogenesisのインテグリティを脅かすメカニズムを分子レベルで解析する。

研究成果

• [国際共同研究] ドイツがん研究センター（DKFZ）/ハイデルベルク大学(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: ドイツがん研究センター（DKFZ）/ハイデルベルク大学
• [国際共同研究] ロスリン研究所(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: ロスリン研究所
• [雑誌論文] Wnt produced by stretched roof-plate cells is required for the promotion of cell proliferation around the central canal of the spinal cord. (2019)
  • 著者名/発表者名: T. Shinozuka, R. Takada, S. Yoshida, S. Yonemura and S. Takada
  • 雑誌名: Development 巻: 146 ページ: -
  • DOI: 10.1242/dev.159343
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Competition for Mitogens Regulates Spermatogenic Stem Cell Homeostasis in an Open Niche. (2019)
  • 著者名/発表者名: Y. Kitadate, D.J. Jorg, M. Tokue, A. Maruyama, R. Ichikawa, S. Tsuchiya, E. Segi-Nishida, T. Nakagawa, A. Uchida, C. Kimura-Yoshida, S. Mizuno, F. Sugiyama, T. Azami, M. Ema, C. Noda, S. Kobayashi, I. Matsuo, Y. Kanai, T. Nagasawa, Y. Sugimoto, S. Takahashi, B.D. Simons and S. Yoshida
  • 雑誌名: Cell Stem Cell 巻: 24 ページ: 1-2
  • DOI: 10.1016/j.stem.2018.11.013
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Developmental stages of the blue-breasted quail (Coturnix chinensis). (2019)
  • 著者名/発表者名: Y. Nakamura, Y. Nakane and M. Tsudzuki
  • 雑誌名: Anim Sci J 巻: 90 ページ: 35-48
  • DOI: 10.1111/asj.13119
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Skeletal development in blue-breasted quail embryos. (2019)
  • 著者名/発表者名: Y. Nakamura, Y. Nakane and M. Tsudzuki
  • 雑誌名: Anim Sci J 巻: 90 ページ: 353-365
  • DOI: 10.1111/asj.13159
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] mDia1/3 generate cortical F-actin meshwork in Sertoli cells that is continuous with contractile F-actin bundles and indispensable for spermatogenesis and male fertility. (2018)
  • 著者名/発表者名: S. Sakamoto, D. Thumkeo, H. Ohta, Z. Zhang, S.R. Huang, P. Kanchenawong, T. Fuu, S. Watanabe, K. Shimada, Y. Fujihara, S. Yoshida, M. Ikawa, N. Watanabe, M. Saitou and S. Narumiya
  • 雑誌名: Plos Biology 巻: 16 ページ: -
  • DOI: 10.1371/journal.pbio.2004874
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Open niche regulation of mouse spermatogenic stem cells (2018)
  • 著者名/発表者名: S. Yoshida
  • 雑誌名: Dev Growth Differ 巻: 60 ページ: 542-552
  • DOI: 10.1111/dgd.12574
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 精子幹細胞と精巣の開放型ニッチ 特集「幹細胞の恒常性維持とその破綻」 (2018)
  • 著者名/発表者名: 吉田松生
  • 雑誌名: 月刊細胞 巻: 50 ページ: 15-18
  • オープンアクセス
• [学会発表] Open niche regulation of spermatogenic stem cells in the mouse testis. (2018)
  • 著者名/発表者名: S. Yoshida
  • 学会等名: The 5th Conference of Frontiers in Reproductive Biology,
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Rapid and robust seasonal breeding in Japanese quail supported by unique process of spermatogenesis. (2018)
  • 著者名/発表者名: S. Yoshida
  • 学会等名: Cold Spring Harbor Laboratory Meeting on Germ Cells
  • 国際学会
• [学会発表] Towards a Better Understanding of Spermatogenic Stem Cells. (2018)
  • 著者名/発表者名: S. Yoshida
  • 学会等名: The Society for the Study of Reproduction 51st Annual Conference
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Sperm stem cells: their context-dependent behavior. (2018)
  • 著者名/発表者名: S. Yoshida
  • 学会等名: ISSCR 2018
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 精子形成幹細胞のホメオスタシス維持システムとその経時変化 (2018)
  • 著者名/発表者名: 吉田松生
  • 学会等名: 千里ライフサイエンスセミナーM1＜老化メカニズムと疾患制御＞
  • 招待講演
• [学会発表] Flexible and stochastic behavior of spermatogenic stem cells. (2018)
  • 著者名/発表者名: S. Yoshida
  • 学会等名: The 20th European Testis Workshop
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] For a Better Understanding of Spermatogenic Stem Cell Dynamics Over Time. (2018)
  • 著者名/発表者名: S. Yoshida
  • 学会等名: 11th NYRA Meeting, preceding the 20th European Testis Workshop
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 精子を作る細胞たち：個のランダム性が集団を支える (2018)
  • 著者名/発表者名: 吉田松生
  • 学会等名: 大隅基礎科学創成財団「第二回創発セミナー」
  • 招待講演
• [学会発表] 生殖細胞の凍結・移植による家禽遺伝資源の長期保存 (2018)
  • 著者名/発表者名: 中村隼明
  • 学会等名: 日本農芸化学会2018年度大会 シンポジウム「鳥類の農芸化学」
  • 招待講演
• [学会発表] Embryonic Development of the Blue-Breasted Quail (Coturnix chinensis). (2018)
  • 著者名/発表者名: Nakamura Y, Nakane Y, Tsudzuki M
  • 学会等名: Asian Australasian Animal Production Congress 2018
  • 国際学会
• [学会発表] 「家禽類および齧歯類における生殖細胞の移植を用いたキメラ作製技法」 (2018)
  • 著者名/発表者名: 中村隼明
  • 学会等名: 第111回日本繁殖生物学会大会 大会企画シンポジウム1「キメラ動物作製技術の応用」
  • 招待講演
• [図書] Regulatory mechanism of spermatogenic stem cells in mice: their dynamic and context-dependent behavior: PartⅠDivesity in Reproductive Stragegies and Germ Cell Differentiation Mechanisms, Animal Diverdity and Gnerality, “Reproductive and Developmental Strategies” (2018)
  • 著者名/発表者名: S. Yoshida
  • 総ページ数: 789
  • 出版者: Springer Japan KK
• [備考] 基礎生物学研究所 吉田研究室
  • URL: http://www.nibb.ac.jp/germcell/