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(A) 始原生殖細胞様細胞、培養始原生殖細胞様細胞、および新・再構成精巣培養における再構成精巣と、内部で ES 細胞由来の生殖細胞様細胞が分化し、3 つの分化マーカーの発現を示す蛍光が変遷していく様子。右側は、培養過程における分化マーカーの蛍光強度の相対比を示したもの。(スケールバー: 100 μm) (B)生体マウスにおける生殖細胞系列と ES 細胞から新・再構成精巣培養、GSCLCs、各々の転写産物発現変化をヒートマップで示したもの。(C)細胞周期を比較したもの。(D)GSCLCs 由来の機能的な精子。(スケールバー: 10μm) (E)従来と新・再構成精巣培養法、各々で樹立した GSCLCs の精子形成効率を比較したもの。  図２ 図 2. (A)体外精子誘導法にて培養 52 日目のサンプルを、凍結切片にし、免疫染色にて精子ができていることを確認した。赤は GSCLC マーカー、緑は精子マーカー、白は核を示している。(スケールバー: 10μm) (B)オスの生殖細胞分化過程を全て試験管内で再構成することで得られた、ES 細胞由来の精子を、人工的に授精させると、健常な仔が産まれた。(C)体外誘導法にて、ES 細胞から得た精子由来のマウス、オス、メス同士を交配させると、健常な仔が産まれた。 波及効果、今後の予定 本研究は、新・再構成精巣法と体外精子誘導法を用いて、マウス多能性幹細胞から機能的な精子までを、完全な試験管内で再構成した初めての研究成果です。また、新・再構成精巣法では、細胞周期の停止と再開、脱メチル化(メチル化の初期化)と雄性メチル化状態の獲得、その過程で必要なレトロトランスポゾン制御注 15など、雄の生殖細胞に特異的なイベントの解析へアプローチが可能となり、雄性生殖細胞分化メカニズム解明の可能性が広がりました。今後は、世代を超えたエピゲノム情報継承メカニズムの解明に向けて研究を進める予定です。 用語説明 注1: 多能性幹細胞: 自己複製能力と、身体を構成するほぼ全ての細胞に分化する能力を持つ細胞のこと。胚性幹細胞(Embryonic stem cells: ESCs)や人工多能性幹細胞(induced Pluripotent stem cells: iPSCs)の総称。 注2: 始原生殖細胞様細胞: Primordial germ cell-like cells(PGCLCs)と呼ばれる。多能性幹細胞から、完全な試験管内で誘導した、始原生殖細胞に非常によく似た性質を持つ細胞。マウスの受精後胎齢8.5~9.5日の始原生殖細胞に相同であることが、転写産物およびエピゲノム状態の解析から示されている。 注3: 再構成精巣法: 始原生殖細胞様細胞(PGCLCs)と、マウスの胎齢12.5日のオス生殖巣の体細胞とを凝集培養したのち、得られた細胞塊(再構成精巣)を気相液相条件にて培養する方法。 注4: 精子幹細胞様細胞: 本研究において、マウス多能性幹細胞(ES細胞)から完全な試験管内で誘導した、精子幹細胞によく似た性質を持つ細胞。この精子幹細胞様細胞の長期培養株はGermline stem cell-like cells(GSCLCs) と呼ばれ、マウスの生後7日齢の精子幹細胞から樹立したGS細胞に近い細胞であることが示された。 注5: 体外精子誘導法: 体外精子誘導法:精巣組織片を気相と液相(培養液)の境界部位に置き、酸素供給と栄養供給のバランスを図った培養方法である。マウス精子幹細胞から精子産生までの完全な精子形成を誘導維持することができる。 注6: エピゲノム情報の再構成: ゲノム(DNAの塩基配列)に付帯する、修飾情報の消去および再獲得のこと。修飾情報の代表として、DNAのメチル化やヒストンの修飾がある。 注7: 減数分裂: 配偶子である精子や卵子を形成する際に行われる細胞分裂。生じた細胞では、染色体の数が分裂前の半分となる。 注8: 始原生殖細胞: 精子や卵子の元であり、生殖細胞系列の起点となる細胞。マウスでは、受精後胎齢6.25日後頃にエピブラスト(将来、生殖細胞を含んだ、体を構成するすべての細胞に分化する能力を持つ未分化な細胞集団)から出現する。 注9: 精子幹細胞: 自己複製能力と精子分化能力を併せ持った、オスの生涯にわたる精子産生の元となる細胞。精子幹細胞は精原細胞、精母細胞を経て、精子細胞へと分化する。 注10: 精子幹細胞株GSCs(Germline stem cells): 生体由来の精子幹細胞そのものを、長期間培養しうる細胞株にしたもの。凍結保存が可能で、遺伝情報を保ったまま2年以上安定的に増殖させることができる。これまで、マウス、ラット、ハムスター、ウサギにて培養株の樹立が報告されている。 注11: 生殖巣: 生殖細胞とそれらを支持する体細胞からなる構造体。母胎で、胎仔の始原生殖細胞におけるオス、メスの性分化が始まる頃(マウスでは受精後胎齢12.5日)までに形成される。始原生殖細胞はオス、メス各々に特徴的な生殖巣の体細胞に包まれながら、配偶子(精子や卵子)へと分化する。 注12: DNAのメチル化: エピゲノム情報の一つ。DNAの塩基配列を構成する4つの塩基(アデニン、シトシン、グアニン、チミン)のうち、シトシンの5位の炭素がメチル化されること。一般的には、このメチル化修飾に結合するタンパク質の働きなどにより、遺伝子の発現が抑制される。 注13: 気相液相培養: サンプルをPET等のポリエステルで出来た膜上にのせ、膜下に培養液を充填させて培養する方法。気相を介した酸素供給と、液相を介した培地由来の栄養分の供給が同時に可能となる。 注14: 転写産物: 設計図であるゲノム(DNA配列)と、実際に生体内で働くタンパク質とをつなぐ、中間産物。主にメッセンジャーRNAを指す。 注15: レトロトランスポゾン制御: 真核生物のゲノム内に広く存在するレトロウイルス由来の「可動遺伝因子(レトロトランスポゾン)」が、無作為に複製を繰り返することで、宿主由来の主要な遺伝子に影響を及ぼすことを阻止・制御する仕組み。 研究プロジェクトについて 本成果は、以下の事業・研究領域・研究課題によって得られました。 ● JSPS 研究活動スタート支援「多能性幹細胞を起点とする雄性生殖細胞発生過程の試験管内再構成」 研究総括:石藏 友紀子 研究期間:平成29年度~平成31年度 ● JSPS 特別推進研究「ヒト生殖細胞発生機構の解明とその試験管内再構成」 研究総括:斎藤 通紀 (京都大学 大学院 医学研究科 教授) 研究期間:平成29年度~令和3年度 ● JST戦略的創造研究推進事業 総括実施型研究(ERATO)「斎藤全能性エピゲノムプロジェクト」 研究総括:斎藤 通紀 (京都大学 大学院 医学研究科 教授) 研究期間:平成23年度~平成28年度 ● JSPS 新学術領域研究(研究領域提案型) 「高インテグリティを実現するin vitro精子産生系の開発」 研究総括:小川 毅彦 (横浜市立大学 大学院 医学研究科 臓器再生医学 教授) 研究期間:平成30年度~令和4年度 参考文献 Hayashi, K. et al., Cell, 146(4), 519-532 (2011) Hikabe, O. et al., Nature, 539(7628), 299-303 (2016) Ishikura, Y. et al., Cell Reports, 17(10), 2789-2804 (2016) Ohta, H. et al., EMBO journal, 36(13), 1888-1907 (2017) Sato, T. et al., Nature Communications, 2(1), 1-7 (2011) 掲載論文 タイトル:  In Vitro Reconstitution of the Whole Male Germ-Cell Development from Mouse Pluripotent Stem Cells"(マウス多能性幹細胞から雄性生殖細胞系列全分化過程の試験管内再構成) 著者:  石藏 友紀子、大田 浩、佐藤 卓也、村瀬 佑介、藪田 幸宏、小島 洋児、山城 知佳、中村 友紀、山本 拓也、小川 毅彦、斎藤 通紀 掲載誌:  Cell Stem Cell  DOI: doi.org/10.1016/j.stem.2021.08.005 掲載論文 記者発表資料 お問合わせ先 横浜市立大学  広報課 E-mail:[email protected] Tweet HOME ニュース一覧 雄性生殖細胞の全分化過程の試験管内再構成に成功 —ES細胞から精子まで全過程を体外で誘導する— facebook twitter instagram youtube SNS一覧 YCUについて 大学紹介 法人情報 大学の取り組み 大学への寄付 学術院 100周年記念事業 大学の情報公開 研究・産学連携 研究・産学連携推進センター 研究ポリシー 知的財産・特許 学内の研究者の方へ（学内向け） 研究者データベース サイトマップ 学部・大学院 YCUの教養教育 国際教養学部 国際商学部 理学部 データサイエンス学部 医学部医学科 医学部看護学科 都市社会文化研究科 国際マネジメント研究科 生命ナノシステム科学研究科 生命医科学研究科 データサイエンス研究科 医学研究科医科学専攻 医学研究科看護学専攻 学生生活 奨学金・減免 部活・サークル ヨコ知リ ボランティア支援室 国際交流・留学 地域貢献センター 受験生の方へ 入試情報 イベント・説明会 大学院受験 大学院入試情報 キャリア・就職 キャリア支援センター 採用情報 お問い合わせ マスメディアの方へ 一般の方へ バナー広告募集 関連サイト 関連施設 附属病院 附属市民総合医療センター 学術情報センター（図書館） 先端医科学研究センター 木原生物学研究所 このサイトについて プライバシーポリシー Copyright© Yokohama City University. 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