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2013 年度 実績報告書

マウス配偶子産生におけるGSCの制御機構の解明

計画研究

研究領域動物における配偶子産生システムの制御
研究課題/領域番号 25114004
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

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 大保 和之  横浜市立大学, 医学(系)研究科(研究院), 教授 (70250751)
研究期間 (年度) 2013-06-28 – 2018-03-31
キーワード配偶子 / 幹細胞 / 分化 / クロマチン修飾
研究概要

本研究は、マウス配偶子幹細胞(GSC)である精子幹細胞の自己複製と分化を制御する細胞内外の遺伝子ネットワークを解明することを目的としている。その前提となる、GSCの細胞レベルでの同定と精巣組織内における挙動のダイナミクスを解析した。すなわち、GFRα1を発現する細胞全体が、単独で存在するAs細胞であるか複数の細胞が細胞間橋によって連結した合胞体であるかという形態的不均一性に関わらず、一つの幹細胞プールとして機能することを明らかにした。Asは不完全分裂によって合胞体を形成し、合胞体は断片化によってAsへと転換する、これを繰り返すことで、継続する精子形成を支えていることが判明した (Hara et al., Cell Stem Cell 2014)。これは、Asのみが幹細胞として働き、合胞体は幹細胞の機能を失っているという、現在定説となっている古典的なモデルを覆すものであった。分子レベルでの解析も進め、精巣組織内で未分化なGSCが全て分化してしまうことなく、その数(密度)を一定に保つ機構に関わる細胞外シグナル候補因子を複数同定した。
また、未分化型精原細胞がレチノイン酸のシグナルを受容して分化型精原細胞に転換して、その幹細胞ポテンシャルの多くを失うステップにおいて、DNAメチルトランスフェラーゼの発現スイッチをともなってゲノムのグローバルなエピジェネティックな状態が大きく変化することを見出した (Shirakara et al., Development 2013)。この分化ステップ以前が可逆的である一方、このステップはほぼ不可逆的であるという、細胞レベルでの性質の変化をもたらす分子レベルでの発見であり、epigenetic checkpointと名付けた。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

精子形成幹細胞が精巣の組織の中でどのようなダイナミクスによって分化を行うのか、という問いに答えることなく本研究の最終的な目的を達成することは不可能である。本研究によって明らかにされたダイナミクスは、教科書的な定説からは予想出来ない新規なものであった。この予想外の結果によって、幹細胞の機能にとって本質的な過程が、従来考えられてきた「非対称分裂」ではなく、「不完全分裂」と「断片化」であることが強く示唆された。これは、本研究領域におけるパラダイム変換と考えられる。更に、不可逆的な分化過程で起こるエピジェネティックチェックポイントの発見 (同時に、可逆的な段階のエピジェネティック状態は類似していることの発見) は、幹細胞の自己複製と分化の基盤となる重要な発見である。以上の成果に鑑み、当初の計画以上に進展していると判断した。

今後の研究の推進方策

上記のGSCの挙動を制御する細胞外シグナル分子の機能を、GSCの不完全分裂、断片化の制御に注目して、個体および培養細胞を用いて詳細に解析する。更に、これらが細胞内の遺伝子発現ネットワークに及ぼす影響をcDNAマイクロアレイなどの網羅的解析手法により解析する。不可逆的なエピジェネテック状態の変化をもたらす細胞内外の分子機構を、レチノイン酸シグナルに注目して解析する。

  • 研究成果

    (27件)

すべて 2014 2013 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 1件、 査読あり 3件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (22件) (うち招待講演 8件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] Mouse spermatogenic stem cells continually interconvert between equipotent singly isolated and syncytial states.2014

    • 著者名/発表者名
      K. Hara, T. Nakagawa, H. Enomoto, M. Suzuki, M. Yamamoto, B. D. Simons and S. Yoshida
    • 雑誌名

      Cell Stem Cell

      巻: 14 ページ: 658-672

    • DOI

      10.1016/j.stem.2014.01.019

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Stem cell epigenetics: Insights from studies on embryonic, induced pluripotent, and germline stem cells.2014

    • 著者名/発表者名
      S. Tomizawa, T. Shirakawa and K. Ohbo
    • 雑誌名

      Curr Pathobiol Rep.

      巻: 2 ページ: 1-9

    • 査読あり
  • [雑誌論文] An epigenetic switch is crucial for spermatogonia to exit the undifferentiated state toward a Kit-positive identity2013

    • 著者名/発表者名
      T. Shirakawa, R. Yaman-Deveci, S. Tomizawa, Y. Kamizato, K. Nakajima, H. Sone, Y. Sato, J. Sharif, A. Yamashita, Y. Takada-Horisawa, S. Yoshida, K. Ura, M. Muto, H. Koseki, T. Suda and *K. Ohbo
    • 雑誌名

      Development

      巻: 140 ページ: 3565-3576

    • DOI

      10.1242/dev.094045

    • 査読あり
  • [学会発表] 核内微細形態変化とエピジェネティックな変化の精巣幹細胞分化における役割2014

    • 著者名/発表者名
      富澤 信一、白川 峰征、大保 和之
    • 学会等名
      第119回日本解剖学会総会・全国学術総会
    • 発表場所
      栃木、自治医科大学
    • 年月日
      20140327-20140329
  • [学会発表] Epigenetic and nuclear architecture alterations during spermatogonial stem cell differentiation in mice.2014

    • 著者名/発表者名
      T. Shirakawa, M. Ono, S. Tomizawa and K. Ohbo
    • 学会等名
      Keystone Symposia, Chromatin mechanisms and cell physiology
    • 発表場所
      Oberstdorf Haus, Obserstdorf, Germany
    • 年月日
      20140323-20140328
  • [学会発表] 精子幹細胞を制御する微小環境ニッチの解明2013

    • 著者名/発表者名
      北舘祐、丸山亜裕美、市川理恵、吉田松生
    • 学会等名
      日本発生生物学会 秋季シンポジウム2013
    • 発表場所
      兵庫、しあわせの村
    • 年月日
      20131118-20131120
  • [学会発表] ニッチ微小環境による精子幹細胞の解析2013

    • 著者名/発表者名
      北舘祐、丸山亜裕美、市川理恵、吉田松生
    • 学会等名
      生殖エピゲノム若手勉強会2013
    • 発表場所
      大阪、大阪大学
    • 年月日
      20131114-20131115
  • [学会発表] Maintenance of spermatogenic stem cells follows from dynamic heterogeneity in mouse testis.2013

    • 著者名/発表者名
      K. Hara and S. Yoshida
    • 学会等名
      Cold Spring Harbor Laboratory Meeting on Stem Cell Biology
    • 発表場所
      Cold Spring Harbor Laboratory, New York, USA
    • 年月日
      20131024-20131028
  • [学会発表] Peritubular cells expressing CXCL12/FGF5 sustain spermatogonial stem cells in mice.2013

    • 著者名/発表者名
      Y. Kitadate and S. Yoshida
    • 学会等名
      Cold Spring Harbor Laboratory Meeting on Stem Cell Biology
    • 発表場所
      Cold Spring Harbor Laboratory, New York, USA
    • 年月日
      20131024-20131028
  • [学会発表] レチノイン酸応答性の不均一を幹細胞集団がマウス精子形成を持続させる2013

    • 著者名/発表者名
      伊神香菜子、杉本亮、吉田松生
    • 学会等名
      日本動物学会第84回大会
    • 発表場所
      岡山、岡山大学
    • 年月日
      20130926-20130928
  • [学会発表] マウスの精子形成“潜在的幹細胞”の制御機構2013

    • 著者名/発表者名
      徳江萌、吉田松生
    • 学会等名
      日本動物学会第84回大会
    • 発表場所
      岡山、岡山大学
    • 年月日
      20130926-20130928
  • [学会発表] マウス精子幹細胞の多様な細胞運命2013

    • 著者名/発表者名
      原健士朗、吉田松生
    • 学会等名
      第106回日本繁殖生物学会大会
    • 発表場所
      東京、東京農工大学
    • 年月日
      20130912-20130914
  • [学会発表] An epigenetic switch is crucial for spermatogonia to transition from a stem cell to a progenitor identity.2013

    • 著者名/発表者名
      K. Ohbo
    • 学会等名
      Gordon Research Conferences Germinal Stem Cell Biology
    • 発表場所
      The Chinese University of Hong Kong, Hong Kong, China
    • 年月日
      20130714-20130719
  • [学会発表] Sperm stem cell behavior in mouse testis.

    • 著者名/発表者名
      S. Yoshida
    • 学会等名
      Workshop “Animal diversity and Developmental Biology II” International Mini-Symposium, “Eco-Devo-Evo”
    • 発表場所
      京都、京都大学
    • 招待講演
  • [学会発表] マウス精子形成を支える幹細胞の自己複製・分化と挙動におけるケモカインの寄与

    • 著者名/発表者名
      吉田松生
    • 学会等名
      京都大学再生医科学研究所「再生医学・再生医療の先端融合的共同研究拠点」平成25年度 共同研究報告会
    • 発表場所
      京都、京都大学再生医科学研究所
  • [学会発表] マウス精子形成を支える幹細胞の正体とその動態

    • 著者名/発表者名
      吉田松生
    • 学会等名
      京都大学再生医科学研究所「再生医学・再生医療の先端融合的共同研究拠点」平成25年度 学術講演会
    • 発表場所
      京都、京都大学再生医科学研究所
    • 招待講演
  • [学会発表] In vivo behavior of mouse spermatogenic stem cells in testicular microenvironment.

    • 著者名/発表者名
      S. Yoshida
    • 学会等名
      Mini-curso “Spermatogonial stem cells physiology, niche and biotechnological potential of these cells in vertebrates” Institute of Biological Sciences at Federal University of Minas Gerais
    • 発表場所
      Institute of Biological Sciences at Federal University of Minas Gerais, Belo Horizonte, Brazil
    • 招待講演
  • [学会発表] Useful tools to investigate spermatogonial stem cells.

    • 著者名/発表者名
      S. Yoshida
    • 学会等名
      Mini-curso “Spermatogonial stem cells physiology, niche and biotechnological potential of these cells in vertebrates” Institute of Biological Sciences at Federal University of Minas Gerais
    • 発表場所
      Institute of Biological Sciences at Federal University of Minas Gerais, Belo Horizonte, Brazil
    • 招待講演
  • [学会発表] Towards the understanding of the sperm stem cell niche in the mouse testis.

    • 著者名/発表者名
      S. Yoshida
    • 学会等名
      IV Workshop on Male Reproductive Biology
    • 発表場所
      Hotel Travel-Inn Ibirapuera, Sao Paulo, Brazil
    • 招待講演
  • [学会発表] Dynamics of the mouse spermatogenic stem cells in seminiferous tubules.

    • 著者名/発表者名
      S. Yoshida
    • 学会等名
      IV Workshop on Male Reproductive Biology
    • 発表場所
      Hotel Travel-Inn Ibirapuera, Sao Paulo, Brazil
    • 招待講演
  • [学会発表] Investigation of the in vivo dynamics of mouse spermatogenic stem cells.

    • 著者名/発表者名
      S. Yoshida
    • 学会等名
      Friedrich Miescher Institute for Biomedical Research
    • 発表場所
      Friedrich Miescher Institute for Biomedical Research, Basel, Switzerland
  • [学会発表] Dynamics of the mouse sperm stem cells and their competition.

    • 著者名/発表者名
      S. Yoshida
    • 学会等名
      Universitat Basel, Zoologisches Institut
    • 発表場所
      Universitat Basel, Zoologisches Institut, Basel, Switzerland
  • [学会発表] Spermatogenic stem cell dynamics in the mouse testis.

    • 著者名/発表者名
      S. Yoshida
    • 学会等名
      EMBL Monterotondo
    • 発表場所
      EMBL, Monterotondo, Italy
    • 招待講演
  • [学会発表] Toward the fuller understanding of identity and behavior of the mouse spermatogenic stem cells.

    • 著者名/発表者名
      S. Yoshida
    • 学会等名
      Sapienza University of Rome
    • 発表場所
      Sapienza University of Rome, Rome, Italy
  • [学会発表] Stem Cell Dynamics in Mouse Spermatogenesis: a combination of live-imaging, pulse-labeling, and in silico modeling studies

    • 著者名/発表者名
      吉田松生
    • 学会等名
      発生・細胞生物学・システム生物学ジョイントコース 多次元定量イメージングに基づく数理モデルを用いた動的生命システムの革新的研究体系の開発・教育拠点
    • 発表場所
      京都、京都大学
    • 招待講演
  • [備考] 基礎生物学研究所 吉田研究室

    • URL

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

  • [備考] 動物における配偶子産生システムの制御

    • URL

      http://www.nibb.ac.jp/adventures-in-germline-wonderland/index.html

URL: 

公開日: 2015-05-28  

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