文部科学省と国立大学附置研究所・センター 個別定例ランチミーティング

多能性幹細胞から機能的な生殖細胞の作製

小林 俊寛
東京大学医科学研究所 幹細胞治療研究センター
再生発生学分野・特任准教授

私たちの研究室が進めている研究
胚
受精卵

胎児

胚盤胞
多能性

in vivo

機能的な臓器≒≒
発生工学

生殖細胞

in vitro
多能性幹細胞(ES 細胞, iPS 細胞)

機能的な細胞・多能性幹細胞から機能的な細胞を作る = 胚発生を真似る
・多能性幹細胞から機能的な組織・臓器を作る = 胚発生を利用する
Kobayashi et al., Cell (2010), Goto et al., Nat Commun (2019), Kobayashi et al., Nat Commun (2021) etc

“in vitro gametogenesis (試験管内での生殖細胞作製)”
研究は近年目覚ましい発展を遂げてきたin vitro
gametogenesis
多能性幹細胞(ES 細胞, iPS 細胞)

受精
精子・卵子

始原生殖細胞Hayashi et al., Cell (2011), Hayashi et al., Science (2012)
Ishikura et al., Cell Stem Cell (2021), Hikabe et al., Nature (2016)

医療・産業などさまざまな分野への応用が期待

絶滅危惧種の保存

有用家畜の生産高度生殖医療→ 産仔が得られる ”機能的な” 生殖細胞が in vitro で作れるのはマウスのみ = 応用へ壁？

英国留学時代の研究 :ヒト ES 細胞を用いた生殖細胞発生機構の解明

Azim Surani 教授の研究室

受精

胚盤胞の形成各細胞へ運命決定
始原生殖細胞の出現

器官・臓器形成(2013.1~2017.6 在籍)

マウス

多能性細胞
=“卵筒型”
内部細胞塊(ICM)

マウス胚形が異なる!
受精卵

ヒト胚盤胞

多能性細胞
=“円盤型”

ヒト胚英国留学時代の研究 :ヒト ES 細胞を用いた生殖細胞発生機構の解明

Azim Surani 教授の研究室

受精

胚盤胞の形成各細胞へ運命決定
始原生殖細胞の出現

運命決定に重要な遺伝子ネットワーク(2013.1~2017.6 在籍)

マウス

多能性細胞
=“卵筒型”
内部細胞塊(ICM)

形が異なる!
受精卵

ヒト

中身も異なる!

胚盤胞

多能性細胞=“円盤型”

Kobayashi et al., Nature (2017)

・ヒトの場合、胚の解析ができない、作った細胞の機能評価ができないなど限界がある・マウスとヒトはメジャーなモデル生物 = 世界中で激しい競争？

→ 帰国後、様々なモデル動物を用いその特徴や利点を活かした研究を進めてきたラットを用いた研究:
マウスとヒトを用いた研究間のギャップを埋められる？
マウス (Mus musculus )ラット ( Rattus norvegicus )2i (GSK3 inhibitor ) + LIF

Serum + LIF

ERK inhibitor

27年…

多能性幹細胞Evans and Kalfman., Nature (1981)

Buehr et al., Cell (2008)
Li et al., Cell (2008)

6年
ヒト (Homo sapiens)

Takashima et al., Cell (2014)
Theunissen et al. Cell Stem Cell (2014)
Guo et al. Stem Cell Rep (2016)ラットを用いた研究:
マウスとヒトを用いた研究間のギャップを埋められる？
マウス (Mus musculus )ラット ( Rattus norvegicus )2i (GSK3 inhibitor ) + LIF

Serum + LIF

ERK inhibitor

27年…

多能性幹細胞

Buehr et al., Cell (2008)
Li et al., Cell (2008)

Evans and Kalfman., Nature (1981)?年“機能的な”
始原生殖細胞Hayashi et al., Cell (2011)?

ラット ES 細胞から機能的な生殖細胞の作製に成功
E0受精卵

in vivoin vitro

2i/LIF

胚盤胞

E7.25-7.75

ICM

E8.0-8.5

E10.5-11.5

E14.5-15.5

始原生殖細胞

エピブラスト

精子卵子

1% KSRbFGF
Activin-A

5% KSR
BMP4, SCF,LIF, EGF+生殖腺体細胞(♀)(2-3 days)(2-3 days)(3-6 days)

エピブラスト様細胞

始原生殖細胞(赤い部分)

性成熟

始原生殖細胞が移植された精巣(緑の管に精子が詰まっている)

Kobayashi et al., Development (2020)
Oikawa et al., Mol Reprod Dev (2022)

ES 細胞由来の精子細胞を顕微授精して得られたラット産仔

Nanos2-T2A-tdTomato

明視野像

ES 細胞

E4.5

ES 細胞由来の精子マウス以外では世界初の成功！
Oikawa et al., Science (2022)

最近5年間で報告してきた主な成果
マウス

・胚盤胞補完法を用いてラットの体内でマウスの腎臓作製に成功

Goto et al., Nat Commun (2019)

・胚盤胞補完法を用いてラットの体内でマウスの精子作製に成功

Kobayashi et al., Nat Commun (2021)

ラット・ラット生殖細胞発生を可視化できる遺伝子改変ラットの開発

Kobayashi et al., Development (2020)
Oikawa et al., Mol Reprod Biol (2022)

・ラット ES 細胞から機能的な始原生殖細胞誘導に成功

Oikawa et al., Science (2022)

ウサギ・ウサギの多能性幹細胞と初期胚を用いて始原生殖細胞の出現過程を解明

Kobayashi et al., Cell Reports (2021)

ブタ

ヒト・ブタ、ヒツジ、ウシの多能性幹細胞樹立に成功

Kinoshita, Kobayashi et al., Development (2021)

・ヒト ES 細胞からの始原生殖細胞誘導法の確立とそのメカニズムの解明

Kobayashi et al., Nature (2017)

様々な動物種をモデルとして用いることで、種間で異なるおよび保存された共通のメカニズムの解明・普遍的な技術の開発を通じてヒトの医科学研究に貢献できる研究を進める謝辞(敬称略)東京大学 医科学研究所
再生発生学分野

生理学研究所
遺伝子改変動物作製室

岩月 研祐
齋藤 聖

平林 真澄
三宝 誠
西村 俊哉
大西 皆子
山内 恵子
吉田 史香
長江 麻佑子先進動物ゲノム研究分野
真下 知士
服部 晃佑
東京薬科大学
及川 真実
明治大学
齋藤 聖

(学術専門職員)

及川 真実 (博士研究員)*

R4, 10~ 助教として他大学へ異動

岩月 研祐(特別研究学生)

京都大学
篠原 隆司
山本 拓也

長嶋 比呂志松成 ひとみ内倉 鮎子

横浜市立大学

奈良県立医科大学

北山ラベス株式会社

栗本 一基
小林 久人
池田 宏輝
高島 友弥

平尾 雅郎
長田 泰幸

スタンフォード大学
東京医科歯科大学
中内 啓光
正木 英樹
水野 直彬
佐藤 秀征

小川 毅彦

ケンブリッジ大学
Azim Surani
Walfred Tang
Aracely Castillo Venzor
Mike Morgan
Chris Penford
Austin Smith
Masaki Kinoshita