斎藤通紀 医学研究科教授、小島洋児 iPS細胞研究所（CiRA＝サイラ）特定拠点助教らの研究グループは、ゲノム編集技術を用いて遺伝子を欠失させたヒトiPS細胞を作製し、精子や卵子の元となる始原生殖細胞への分化における6種類の遺伝子の役割を特定しました。その結果、マウスでの始原生殖細胞への分化とは異なる機構が判明し、ヒトに特異的な分子機構が明らかになりました。
本研究成果は、2017年10月6日午前1時に米国の学術誌「Cell Stem Cell」に掲載されました。
研究者からのコメント
左から、斎藤教授、小島特定拠点助教
本研究では、iPS細胞から始原生殖細胞様細胞への分化系を用いて、ヒトの生殖細胞への運命決定の分子機序を明らかにしました。興味深いことに、哺乳類のモデルとして用いられるマウスの生殖細胞発生とは、関与する遺伝子やそれぞれの遺伝子の機能などに大きな差があることも分かりました。始原生殖細胞から精子や卵子に至るには、まだ数多くの生殖細胞にしか見られない重要なプロセスがありますが、今回の成果によりヒトの生殖細胞分化の基盤となる情報が得られました。今後も一つずつ機序を明らかにし、いずれは生殖細胞異常による不妊や先天性疾患の発症機序の解明につながるよう、研究を推進したいと考えています。
本研究成果のポイント
- ゲノム編集により6種類の遺伝子ノックアウトヒトiPS細胞株を樹立
- それぞれの遺伝子が精子や卵子の元となる細胞への分化のどの時点で必要となるか特定
- マウスと異なるヒト独特の運命決定機構を解明
概要
哺乳類の生殖細胞研究は、主にマウスを用いて発展してきました。本研究グループはこれまでに、マウス胚での研究を元に、世界に先駆けてマウス多能性幹細胞から始原生殖細胞様細胞（多能性幹細胞から試験管内で誘導した、始原生殖細胞の特徴を持つ細胞）を作成しました。一方で、ヒトの生殖細胞への分化は着床後の受精後2週目頃に起こるため、生体を用いた研究は技術的にも倫理的観点からも困難です。近年、ヒトiPS細胞から始原生殖細胞様細胞へと分化する手法が開発され、ヒトでもこの時期の胚を使用せずに生殖細胞の初期発生過程を再現できるようになりました。
本研究では、ヒトiPS細胞に「クリスパー・キャス9」というゲノム編集技術を用い、生殖細胞の発生に関わる可能性のある遺伝子を欠失させたノックアウトiPS細胞株を作製しました。これらの細胞株を始原生殖細胞様細胞に分化させた際、遺伝子発現がどのように変動するかを追跡し、それぞれの遺伝子の機能を特定しました。その結果、マウスの始原生殖細胞の発生とは必須の遺伝子が異なり、それぞれの機能や発現する順序も異なることが分かりました。マウスで最も早く発現し、生殖細胞系列への運命決定に必須の T 遺伝子はヒトでは不要で、他の生物種では生殖細胞分化への関与が知られていない EOMES 遺伝子が重要な役割を担っていることが分かりました。またマウスの生殖細胞分化に必須の TFAP2C と BLIMP1 遺伝子も、マウスとヒトとでは異なる働き方をしていることも見出しました。
ヒトの生殖細胞発生の入口に相当する時期のメカニズムが明らかになったことで、これ以降の生殖細胞の発生・分化研究や、生殖細胞の形成異常による数多くの疾患発症に関する研究を進めるうえで、基盤となる知見であると期待されます。
詳しい研究内容について
書誌情報
【DOI】 https://doi.org/10.1016/j.stem.2017.09.005
Yoji Kojima, Kotaro Sasaki, Shihori Yokobayashi, Yoshitake Sakai, Tomonori Nakamura, Yukihiro Yabuta, Fumio Nakaki, So Nagaoka, Knut Woltjen, Akitsu Hotta, Takuya Yamamoto, Mitinori Saitou, (2017). Evolutionarily Distinctive Transcriptional and Signaling Programs Drive Human Germ Cell Lineage Specification from Pluripotent Stem Cells. Cell Stem Cell, 21(4), 517-532.
- 京都新聞（10月6日 33面）、産経新聞（10月7日 22面）、日刊工業新聞（10月6日 3面）、日本経済新聞（10月6日 46面）および科学新聞（10月27日 6面）に掲載されました。
