研究成果

マウス多能性幹細胞から精子幹細胞を試験管内で誘導 -精子形成全過程の試験管内誘導の基盤形成-


2016年12月07日


     斎藤通紀 医学研究科教授、石藏友紀子 同特定研究員らの研究グループは、マウス多能性幹細胞(ES細胞)から、試験管内にて精子幹細胞様細胞およびその長期培養株Germline stem cell-like cells(GSCLCs)を誘導することに成功しました。このGSCLCsは、生殖細胞を欠損する成体マウスの精巣中で精子に分化し、健常な子孫を生み出すことができました。

     本研究成果は、2016年12月7日午前2時に米国の学術誌「Cell Reports」オンライン速報版で公開されました。

    研究者からのコメント

    左から、斎藤教授、石藏特定研究員

     本研究は、マウス多能性幹細胞から始原生殖細胞様細胞を経てGSCLCsを試験管内で誘導し、精子および健常な産仔を生み出すことに成功した初めての研究成果です。また、精子幹細胞形成過程におけるエピゲノム制御に異常が起こると、精子形成不全が起こる可能性が示唆されました。本研究で確立した培養システムと得られた知見は、男性不妊や、代謝疾患や精神疾患を含むエピゲノム異常症、遺伝病発症の原因究明に役立つことが期待されます。また、本研究は、ヒト始原生殖細胞様細胞からヒト精子幹細胞様細胞を誘導する方法論の開発に貢献すると期待されます。

     今後は、より質の高い培養システムの確立や、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。

    本研究成果のポイント

    • マウス多能性幹細胞から精子幹細胞様細胞の試験管内での誘導に成功
    • 精子幹細胞様細胞は成体の精巣内で精子に分化し、健常な子孫を産生
    • 精子幹細胞におけるDNAのメチル化異常が精子形成不全につながることを発見

    概要

     生殖細胞は、哺乳類の体を構成する細胞の中で、次世代へと受け継がれ、新たな個体をつくり出すことが可能な唯一の細胞です。生殖細胞系列の分化過程や、生殖細胞に特徴的なDNAのメチル化を含むエピゲノム情報の再構成(ゲノムに付帯する、修飾情報の消去および再獲得)メカニズムを解明することは、不妊の原因究明や世代を経たエピゲノム情報の伝達メカニズムの理解につながります。生殖細胞分化の重要な過程の多くは、胎児成長の過程で行われますが、胎児の生殖細胞は、その細胞数の少なさやサイズが小さいことによる扱いづらさから、解析に困難を伴います。そのため、多能性幹細胞から生殖細胞系列の細胞を試験管内で誘導する試みが、四半世紀にわたって行われてきました。

     近年、多能性幹細胞から精子や卵子の元となる始原生殖細胞を誘導する手法が確立され、それに続きオス、メス各々について配偶子分化過程の再現を目指す研究がなされてきました。オスについては、多能性幹細胞から始原生殖細胞を経て、精子の前段階の細胞である、精子幹細胞を誘導することが目標の一つとされてきました。

     そこで本研究グループは、マウス多能性幹細胞から誘導した始原生殖細胞様細胞を、胎仔(胎齢12.5日齢)の生殖巣体細胞と共に凝集させて作製した「再構成精巣」を培養することにより、始原生殖細胞様細胞から精子幹細胞に似た細胞を分化させ、これをGSCLCsとして試験管内で4ヶ月以上長期培養することに成功しました。さらに、このGSCLCsを、生殖細胞欠損マウスの新生仔(生後7日齢)および成体(生後8週齢)の精巣に移植したところ、その一部が両精巣中で精子に分化し、健常な子孫を生み出すことができました。さらに、精子幹細胞形成過程におけるDNAのメチル化制御異常が精子形成不全につながることを発見しました。

    図:マウス多能性幹細胞から精子幹細胞様細胞株(GSCLCs)を試験管内で誘導する概略図

    (上部)試験管内にて、マウス多能性幹細胞(ES細胞)から誘導した始原生殖細胞様細胞(緑色)と、オスの胎仔の生殖巣体細胞から作った再構成精巣の中で、始原生殖細胞様細胞は精子幹細胞様細胞へと分化した。そこから長期培養株であるGSCLCsを樹立した。その過程で、エピゲノム情報の再構成を試験管内にて一部再現した。(下部)生体内でのオスの生殖細胞分化過程を、試験管内での分化と対応させた。受精卵は発生が進むと胚盤胞となり、内部細胞塊ができる。そこから、エピブラストを経て、始原生殖細胞が出現する。その後、始原生殖細胞はオスの生殖巣体細胞に囲まれ、前精原細胞を経て、精原細胞や精子幹細胞へと分化する。精子幹細胞を長期培養すると、GS細胞となる。

    詳しい研究内容について

    書誌情報

    【DOI】 http://dx.doi.org/10.1016/j.celrep.2016.11.026

    【KURENAIアクセスURL】 http://hdl.handle.net/2433/217467

    Yukiko Ishikura, Yukihiro Yabuta, Hiroshi Ohta, Katsuhiko Hayashi, Tomonori Nakamura, Ikuhiro Okamoto, Takuya Yamamoto, Kazuki Kurimoto, Kenjiro Shirane, Hiroyuki Sasaki and Mitinori Saitou. (2016). In Vitro Derivation and Propagation of Spermatogonial Stem Cell Activity from Mouse Pluripotent Stem Cells. Cell Reports, 17(10), pp. 2789–2804.

    • 朝日新聞(12月7日 33面)、京都新聞(12月7日 25面)、産経新聞(12月7日 26面)、日本経済新聞(12月13日夕刊 16面)、毎日新聞(12月7日夕刊 10面)および読売新聞(12月7日 2面)に掲載されました。

    マウス多能性幹細胞から精子幹細胞を試験管内で誘導 -精子形成全過程の試験管内誘導の基盤形成-
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