倉田奨励金研究報告書 第 52 集
2020 年度（第 52 回）助成

自然科学・工学－健康・医療：1 年助成

奨励金№1450

精巣・腎臓の臓器間間質細胞移植〜精巣は慢性腎臓病を救えるか〜
内田あや

理化学研究所バイオリソースセンター

客員研究員

Testicular interstitium as a novel tool to rescue
the endocrine function of kidney
Aya Uchida,
RIKEN BRC, Visiting Researcher

腎臓と精巣は共に個体発生の過程において中間中胚葉から発生し、共通して管構造と間質からなる組織学的特徴を持つことに加え、両者のシグナル因子を介した器官発生および細胞制御機構には共通項が多い。本研究では精巣・腎臓間の共通性に着目し、これら臓器間の間質細胞の互換性・可塑性を解析すべく、両臓器間での間質細胞交換移植を試みた。結果、若齢マウスの精巣間質には腎臓間質に定着しうる未分化な幹細胞集団が存在する事を明らかにした。同時に、精巣には腎臓同様液体の流れがあることに着目し、精巣内の「液体の流れ」を介したホメオスタシス制御機構に迫った。
The kidneys and testes both originate from the intermediate mesoderm during embr yonic development inmammals. Their interstitial tissue is both responsible for hormone secretion, and they share many signaling
pathways in common to modulate their homeostasis. By focusing on the similarity of the kidneys and testis, thisstudy aims to rescue impaired functions of renal interstitial cells by utilizing testicular interstitial cells. We exploredthe plasticity of interstitial cells between the mouse testis and kidney and uncovered a novel progenitor interstitialcell population residing in the juvenile mouse testis which can colonize in the renal interstitium. Noting that fluid
flow in the kidney plays an important role in its organ homeostasis, we uncovered unexpected functions ofunidirectional luminal fluid flow in the testis to modulate its organ homeostasis.

1．研究内容多い。本研究課題では精巣・腎臓間での間質細胞

腎臓は血液を濾過して尿を産生し、代謝老廃物交換を通して腎機能のレスキューを可能とする実の排出や体液恒常性の調節をするとともに、間質験系の確立を目指すとともに、これらの臓器におからのホルモン産生を介して血圧調整・造血促進けるホメオスタシス制御機構、および細胞運命決を行う内分泌器官である。一方、精巣は性成熟以定機構の解明を目的として研究を行った。申請者

降生涯を通して精子産生を担う一方で、同じく間は当初の予定どおり（1）精巣・腎臓間での間質細質からのホルモン産生を担う臓器である。腎臓と胞交換移実験に取り組む傍ら、（2）「液体の流れ」

精巣は共に個体発生の過程において中間中胚葉かを介した精巣内ホメオスタシス制御機構の解明にら発生し、共通して管構造と間質からなる組織学迫った。

的特徴を持つことに加え、両者のシグナル因子を介した器官発生および細胞制御機構には共通項が倉田奨励金研究報告書 第 52 集
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1．精巣-腎臓間の間質細胞交換移植

自然科学・工学－健康・医療：1 年助成するものの、腎間質への定着・コロニー形成は見

重症度の程度に拘らず世界人口の 10％は慢性腎られなかった。このことから、若齢マウス精巣に臓病に罹患しており、そのうち 10％の人は腎代替は双方の臓器に定着しうる、より未分化かつ臓器療法なくしては生存できないと言われている。一間での可塑性を持つ間質細胞が存在するのではな

般的に腎機能の低下は不可逆的なものだが、そのいかと考えられた。これに対し、若齢マウスの精根本的な治療法は未だ存在しない。慢性腎臓病で巣間質細胞の特性を明らかにするため、申請者はは腎臓間質の線維化により腎臓間質由来のホルモ2 週齢マウス精巣についてシングルセル RNA シーン分泌量が低下することで、血圧の上昇・腎性貧ケンス（scRNAseq）解析により一細胞レベルでの血が進行することが知られている。そこで、本研

精巣間質細胞の性状解析を行った。その結果、精究では精巣と腎臓の発生起源の同一性に着目し、巣間質細胞は 6 つのクラスターに分かれることが精巣―腎臓間の間質細胞交換移植精巣間質細胞を明らかとなった。この中でも特にネスチン（Nes）用いた腎臓間質細胞のレスキューを試みた。本研

陽性として標識される、少数の間質細胞からなる究ではまず、両臓器間の間質細胞の可塑性を解析

ユニークな未分化精巣間質細胞の集団を新たに同するため、ドナーとして全身の細胞で GFP 蛍光を定した（図 1）。先行研究から、精巣における Nes発現する CAG-EGFP マウス、レシピエントとし陽性細胞は精巣間質幹細胞である可能性が示唆さて野生型 C57BL/6 マウスを用いて、腎臓-精巣間れている（Jiang et al., 2014）。しかし、Nes は血の間質細胞移植を行った。まず腎臓由来間質細胞管周皮細胞にも強く発現しているため、Nes 陽性の精巣間質への移植を試みたところ、これらの細の精巣間質幹細胞と血管周皮細胞との切り分けが胞の定着は若齢（1-2 週齢）マウス間の移植で困難であった。本研究では一細胞レベルで精巣間あってもごく僅かしかみられなかった。一方で、質細胞の特性解析を行うことによって、Nes 陽性精巣由来間質細胞の腎臓間質への移植を試みたとの精巣間質細胞集団の同定に成功し、当該幹細胞ころ、若齢マウス間では腎間質への定着が顕著に集団が Mxd3 をはじめとする複数のがん抑制遺伝みられ、一部ドナー由来細胞の尿細管上皮への定子を高発現することを見出した。今後は、更なる着も確認された。しかしながら、成体（8 週齢）

解析によって当該細胞の分化の軌跡を明らかにすマウス精巣由来の間質細胞は腎臓被膜下には定着る一方、最終的には当該細胞の分取および培養下

図 1：シングルセル RNAseq 解析による未分化精巣間質細胞の新規同定

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でのスケールアップを通して、より未分化な形質となった。以上の結果から、①セルトリバルブ弁をもつ間質細胞を優先的に移植実験に用いることが精巣における管腔液の流れを一方方向に保つこのできる実験系の立ち上げに取り組む予定である。とによって精巣全体の精子発生を支えること、また、②Sox17 を 発 現 す る 精 巣 網 の 上 皮 細 胞 が2．精巣弁セルトリバルブを介した精巣ホメオスタ

RSPO1 や TGFb2 をはじめとする成長因子の分泌

シス御機構の解明を介して、パラクライン的にセルトリバルブの誘ほ乳類の精巣内には腎臓同様に管腔液が流れて導を支えることが明らかになった（図 2）。

おり、精巣で作られた精子は精細管内の管腔液の流れに乗って精巣の外へと運ばれる。しかし、精巣内における管腔液の流れが精巣の恒常性の維持にどのような機能を果たすのかは、明らかとなっていなかった。精巣の出口部分には精巣網という網目状の構造があり、これに隣接してセルトリバルブと呼ばれる弁構造が存在する。本研究を通して申請者は精巣網特異的な転写因子 Sox17 の欠損がこのセルトリバルブ弁の形成不全を引き起こし、これによる管腔液の逆流が精子発生不全による男性不妊に繋がることを明らかにした。このことから、精巣内における管腔液の流れはセルトリバル
ブ 弁によって一方向性に保たれていること、そして管腔液の流れそのものが、精巣における正常な精子形成を支えていることが明らかになった。さら に、セ ル ト リ バ ル ブ 弁 形 成 不 全 マ ウ ス にscRNAseq 解析を行うことによって、Sox17 を欠

図 2：管腔液の「流れ」を介した精巣内ホメオスタシス
制御

損した精巣網上皮細胞では R-spondin1、TGFb2、FGF9 をはじめとする様々な成長因子をコードす2．発表（研究成果の発表）

る遺伝子発現が低下していることを発見した。 同

1．Uchida, A., Imaimatsu, K., Suzuki, H., Han, X.,

時に、セルトリバルブを構成するセルトリ細胞がUshioda, H., Uemura, M., Imura-Kishi, K.,

これらの成長因子を受容する受容体をコードする

Hiramatsu, R., Takase, H.M., Hirate, Y., Ogura, A.,

遺伝子を他のセルトリ細胞と比べて高いレベルで

Kanai-Azuma, M., Kudo, A., Kanai, Y. “SOX17-発現することを解明した。以上のことは、精巣網

positive rete testis epithelium is required for Sertoliとセルトリバルブの間におけるパラクライン制御

valve formation and normal spermiogenesis in theによるクロストークが存在することを示唆していmale mouse”, Nature Communications, vol. 13, 1,

る。最後に、Sox17-cKO マウス精巣由来のセルト7860, 2022.

リ細胞を他マウス精巣の Sox17 を発現する精巣網の隣へと再配置したところ、これらのセルトリ細2．Imaimatsu, K., Uchida, A., Hiramatsu, R., Kanai,

胞はセルトリバルブ弁を形成し、上流の精細管にY. “Gonadal Sex Differentiation and Ovarian

おける正常な精子発生を支えられることが明らか

Organogenesis along the Cortical-Medullary Axis

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in Mammals”, International Journal of MolecularSciences, vol. 21, 13373, 2022.
3．Imura-Kishi K.#, Uchida, A.#, Tsunekawa N.,Suzuki H., Takase, H.M., Hirate Y., Kanai-Azuma
M., Hiramatsu R., Kurohmaru M., Kanai, Y. “Lowretinoic acid levels mediate regionalization of theSertoli valve in the terminal segment of mouseseminiferous tubules”, Scientific Reports, vol. 11,1110, 2021. # Equally contributed
4．Aya Uchida. The International Symposium
Totipotency and Germ Cell Development”, Invited
speaker. “The formation of Sertoli Valve andspermatogenesis is modulated by SOX17-positive
rete testis in mouse testis”. Fukuoka, Japan. 2022.
5．○内田あや、鈴木穂香、高瀬比菜子、平手良和、平松竜司、宮東昭彦、小倉淳郎、秋元義弘、
金井正美、金井克晃「哺乳類の精巣網―セルトリバルブを介した新規の曲精細管内のホメオスタシ
ス維持機構の発見」第 115 回日本繁殖生物学会大会、東京、2022 年（ポスター発表・査読あり）

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