精子形成に至る生殖細胞の選択と競合の解明

2018 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16H02507
• 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)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: 細胞・組織 / 発生・分化

研究実績の概要

マウス精巣において、均一と考えられている前駆細胞集団だけが含まれる出生時から、幹細胞と分化細胞が恒常的に共存して安定した精子形成が起こる定常状態が作られるまでの数週間のプロセスの解析を、生殖細胞の不均一性と系譜に注目して推進した。この時、幹細胞（自身を維持したまま精子となる分化細胞を作り続ける細胞）だけではなく、幹細胞とならずに直接分化過程に入る細胞 (いわゆるfirst wave) が生まれる（Yoshida et al., 2006）が、出生後初期にはこの運命の方向づけがすでに起こっていることを示唆する結果が得られている。そこで、蛍光免疫染色法を用いて、出生後初期の幼若精巣において、前駆細胞の示す遺伝子（タンパク質）発現の不均一性を解析した。その結果、幾つかの重要な遺伝子が、成体の定常状態にある成熟精巣と出生直後の未熟な発達段階の精巣で異なるパターンで発現することが明らかとなった。精子形成の形成期を、成熟期から外挿して理解することの限界を示すもので興味深い。さらに、これらの遺伝子のうちの一つに注目し、それを発現する細胞を幼若精巣でパルス標識して運命を追跡したところ、発達期の精巣で最初に分化する細胞に高率で寄与することが分かった。この、いわゆるfirst waveの細胞は、生後最初の精子を作るものの、その後に続く長期間の精子形成（幹細胞になった細胞に由来する）には寄与せず、次世代を生み出す確率は非常に低い。したがって、この結果は、次世代を生む細胞が選択される上で重要な知見であると考えている。

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

「6.研究実績の概要」に記載のように、未熟な発達期精巣において、幹細胞とならず次世代への寄与が大変小さい細胞集団をプロスペクティブに同定することができた。このことから、本研究は順調に進捗していると判断する。

今後の研究の推進方策

発達期精巣において幹細胞システムが構築されるプロセスの解析を進める。特に、前駆細胞から幹細胞を生み出す細胞集団をプロスペクティブに同定することを目指して、細胞の不均一性を詳細に検討していきたい。

研究成果

• [国際共同研究] ケンブリッジ大学(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: ケンブリッジ大学
• [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: 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] MAFB is dispensable for the fetal testis morphogenesis and the maintenance of spermatogenesis in adult mice. (2018)
  • 著者名/発表者名: H.H. Shawki, H. Oishi, T. Usui, Y. Kitadate, W.A. Basha, A.M. Abdellatif, K. Hasegawa, R. Okada, K. Mochida, H.A. El-Shemy, M. Muratani, A. Ogura, S. Yoshida and S. Takahashi
  • 雑誌名: Plos One 巻: 13 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
• [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/