2017 Fiscal Year Annual Research Report
Mechanism and Reconstitution In VItro of Human Germ Cell Development
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17H06098
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
斎藤 通紀 京都大学, 医学研究科, 教授 (80373306)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中村 紳一朗 滋賀医科大学, 動物生命科学研究センター, 准教授 (50307980)
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| Project Period (FY) |
2017-04-25 – 2022-03-31
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| Keywords | 生殖細胞 / ヒト / 発生 / 試験管内再構成 / エピゲノムリプログラミング / 減数分裂 / 霊長類 / マウス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、ヒト生殖細胞発生過程の試験管内再構成を発展させ、ヒト生殖細胞の発生機構とその異常に関する特段の知見を得る基盤を形成する。具体的には、マウス・カニクイザルをモデル生物とし、またヒト細胞を用い、1) 規定条件に基づくマウス始原生殖細胞様細胞 (primordial germ cell-like cells: PGCLCs) の雌雄生殖細胞への分化制御法の開発、2) カニクイザルPGCLCsのエピゲノムリプログラミング誘導法・雌雄生殖細胞への分化制御法の開発、3) ヒトPGCLCsのエピゲノムリプログラミング誘導法・雌雄生殖細胞への分化制御法の開発、4) ヒトiPSCsからのヒト生殖巣体細胞系譜の誘導法の開発、の4つの研究を統合的に推進する。本研究により、マウス・サル・ヒトにおいて、生殖細胞発生過程に伴う顕著な現象（エピゲノムリプログラミングと雌雄分化）が試験管内で再現可能となると期待される。
1) では、マウスPGCLCsの増殖培養法の改善、雌性分化法の確立、雌性分化の転写制御機構の解明、雄性分化機構を検証するレポーターシステムの確立、2) では、カニクイザルESCsの安定した培養法の確立、カニクイザルPGCLCsに高効率で分化可能な雌雄ESCsの同定、カニクイザルPGCLCs分化をモニターするレポーターESCsの樹立、3) では、高効率でヒトPGCLCsが誘導される雌雄ヒトiPSCsの選定、ヒトPGCLCs形成過程の転写制御機構の解明、ヒトPGCLCsを増殖させる方法論の開発、ヒトPGCLCsをマウス胎児卵巣体細胞と凝集培養する方法（ヒト・マウス異種間再構成卵巣）を用い、ヒトPGCLCsを分化・成熟させる方法論の開発、4) では、マウス・カニクイザル・ヒト試料を用いて生殖巣体細胞発生に至る経路の同定、ヒト生殖巣体細胞系譜分化のレポーターシステムの確立、を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究では、上述したように、1) 規定条件に基づくマウスPGCLCsの雌雄生殖細胞への分化制御法の開発、2) カニクイザルPGCLCsのエピゲノムリプログラミング誘導法・雌雄生殖細胞への分化制御法の開発、3) ヒトPGCLCsのエピゲノムリプログラミング誘導法・雌雄生殖細胞への分化制御法の開発、4) ヒトiPSCsからのヒト生殖巣体細胞系譜の誘導法の開発、の4つの研究を統合的に推進中である。
1) に関しては、マウスPGCLCsの雌性分化誘導法を確立し、それに基づく様々な解析を推進出来つつある。また、雄性分化機構を検証するレポーターシステムも確立出来、雄性分化因子の探索を推進しつつある。2) に関しては、様々な条件検討の結果、カニクイザルESCsを安定して未分化な状態で培養する方法を確立し、また多数のESC株の中から高効率でPGCLCsに分化する株を決定出来、PGCLC分化レポーターも作成出来た。3) に関しては、ヒトPGCLCsの増殖法を確立し、またヒト・マウス異種間再構成卵巣法により、ヒトPGCLCsのエピゲノムリプログラミングを誘導し、それらをoogoniaもしくはgonocyteの状態に分化させることに成功した。4) に関しては、これまで不明であった、生殖巣体細胞の分化経路を明らかに出来つつあり、またヒト生殖巣体細胞系譜分化のレポーターシステムも確立出来た。これら成果を基盤に、本研究の目標達成に向け着実に研究を推進しつつある。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究では、上述したように、1) 規定条件に基づくマウスPGCLCsの雌雄生殖細胞への分化制御法の開発、2) カニクイザルPGCLCsのエピゲノムリプログラミング誘導法・雌雄生殖細胞への分化制御法の開発、3) ヒトPGCLCsのエピゲノムリプログラミング誘導法・雌雄生殖細胞への分化制御法の開発、4) ヒトiPSCsからのヒト生殖巣体細胞系譜の誘導法の開発、の4つの研究を統合的に推進中である。
1) に関しては、マウスPGCLCsの雌性化を決定する転写機構の解明、雌性化過程、特に減数分裂誘導に付随する染色体動態のライブイメージング系の確立、雄性化を誘導するサイトカインや化合物のスクリーニングと雄性化機構の解明、2) に関しては、至適なPGCLC誘導法の検討、カニクイザルPGCLCsと初期PGCs形成過程の遺伝子発現の詳細な比較解析、1) 、3) の成果に基づく、カニクイザルPGCLCsの分化・成熟、エピゲノムリプログラミング及び雌雄生殖細胞への分化誘導法の開発、3) に関しては、試験管内で増殖させたヒトPGCLCsのtranscriptome, DNA methylome解析を含む詳細な解析、異種間再構成卵巣内で成熟したヒトPGCLC由来oogoniaを卵母細胞に分化させ、減数分裂を誘導する方法論の開発、4) に関しては、生殖巣体細胞の分化経路のさらに詳細な解析、を推進する。
また、3) の研究進展を鑑み、ヒト及びカニクイザルoogonia及びgonocyteをそれぞれ卵母細胞・精原細胞に分化させる培養法の開発をあわせて推進する。
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[Journal Article] Segregation of mitochondrial DNA heteroplasmy through a development genetic bottleneck in human embryos2018
Author(s)
Floros, V. I., Pyle, A., Dietmann, S., Wei, W., Tang, W. W. C., Irie, N., Payne, B. A. I., Capalbo, A., Noli, L., Coxhead, J., Hudson, G., Crosier, M., Strahl, H., Khalaf, Y., Saitou, M., Ilic, D., Surani, M. A., Chinnery, P. F.
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Journal Title
Nature Cell Biology
Volume: 20(2)
Pages: 144-151
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Flexible adaptation of male germ cells from female iPSCs of endangered Tokudaia osimensis.2017
Author(s)
Honda, A., Choijookhuu, N., Izu, H., Kawano, Y., Inokuchi, M., Honsho, K., Lee, A. R., Nabekura, H., Ohta, H., Tsukiyama, T., Ohinata, Y., Kuroiwa, A., Hishikawa, Y., Saitou, M., Jogahara, T., and Koshimoto, C.
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Journal Title
Science Advances
Volume: 3(5)
Pages: e1602179
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Clonal variation of human induced pluripotent stem cells for induction into the germ cell fate.2017
Author(s)
Yokobayashi, S., Okita, K., Nakagawa, M., Nakamura, T., Yabuta, Y., Yamamoto, T., and Saitou, M.
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Journal Title
Biology of Reproduction
Volume: 96(6)
Pages: 1154-1166
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Single-cell transcriptome of early embryos and cultured embryonic stem cells of cynomolgus monkeys.2017
Author(s)
Nakamura, T., Yabuta, Y., Okamoto, I., Sasaki, K., Iwatani, C., Tsuchiya, H., and Saitou, M.
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Journal Title
Scientific Data
Volume: 4
Pages: 170067
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] In vitro expansion of mouse primordial germ cell‐like cells recapitulates an epigenetic blank slate2017
Author(s)
Ohta, H., Kurimoto, K., Okamoto, I., Nakamura, T., Yabuta, Y., Miyauchi, H., Yamamoto, T., Okuno, Y., Hagiwara, H., Shirane, K., Sasaki, H., and Saitou, M.
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Journal Title
The EMBO Journal
Volume: 36(13)
Pages: 1888-1907
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Reconstitution of the oocyte nucleolus in mice through a single nucleolar protein, NPM2.2017
Author(s)
Ogushi, S., Yamagata, K., Obuse, C., Furuta, K., Wakayama, T., Matzuk, M., M., and Saitou, M.
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Journal Title
Journal of Cell Science
Volume: 130(14)
Pages: 2416-2429
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Differential epigenetic memory states and reactivation kinetics of the inactive X chromosome in the inner cell mass2017
Author(s)
Borensztein, M., Okamoto, I., Syx, L., Guilbaud, G., Christel, P., Ancelin, K., Diabangouaya, P., Servant, N., Barillot, E., Surani, A., Saitou, M., Chen, C-J., Anastassiadis, K., and Heard, E.
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Journal Title
Nature Communications
Volume: 8
Pages: 1297
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Fertile offspring from sterile sex chromosome trisomic mice.2017
Author(s)
Hirota, T., Ohta, H., Powell, B. E., Mahadevaiah, S., K., Ojarikre, O. A., Saitou, M., and Turner, J. M. A.
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Journal Title
Science
Volume: 357(6354)
Pages: 932-935
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Principles for the regulation of multiple developmental pathways by a versatile transcriptional factor, BLIMP1.2017
Author(s)
Mitani, T., Yabuta, Y., Ohta, H., Nakamura, T., Yamashiro, C., Yamamoto, T., Saitou, M., and Kurimoto, K.
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Journal Title
Nucleic Acids Research
Volume: 45(21)
Pages: 12152-12169
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Bone morphogenetic protein and retinoic acid synergistically specify female germ-cell fate in mice.2017
Author(s)
Miyauchi, H., Ohta, H., Nagaoka, S., Nakaki, F., Sasaki, K., Hayashi, K., Yabuta, Y., Nakamura, T., Yamamoto, T., and Saitou, M.
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Journal Title
The EMBO Journal
Volume: 36
Pages: 3100-3119
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Klf5 maintains the balance of primitive endoderm versus epiblast specification during mouse embryonic development by suppression of Fgf4.2017
Author(s)
Azami, T., Waku, T., Matsumoto, K., Jeon, H., Muratani, M., Kawashima, A., Yanagisawa, J., Manabe, I., Nagai, R., Kunath, T., Nakamura, T., Kurimoto, K., Saitou, M., Takahashi, S., and Ema, M.
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Journal Title
Development
Volume: 144(20)
Pages: 3706-3718
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Evolutionarily Distinctive Transcriptional and Signaling Programs Drive Human Germ Cell Lineage Specification from Pluripotent Stem Cells.2017
Author(s)
Kojima, Y., Sasaki, K., Yokobayashi, S., Sakai, Y., Nakamura, T., Yabuta, Y., Nakaki, F., Nagaoka, S., Woltjen, K., Hotta, A., Yamamoto, T., and Saitou, M.
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Journal Title
Cell Stem Cell
Volume: 21(4)
Pages: 517-532
DOI
Peer Reviewed
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