ショウジョウバエの配偶子幹細胞（GSC）はニッチ細胞に隣接し、ニッチ細胞からの分泌因子の働きにより分化が抑制され、GSCが維持されている。また、GSCの分化には、GSCに隣接するニッチ細胞以外の体細胞が重要な役割を果たしていることも明らかになりつつある。すなわち、ショウジョウバエのGSC／ニッチ・システムでは、GSCの自己複製的分裂には、ニッチ細胞が関与し、分化過程では、ニッチ細胞以外の体細胞が関与することにより、配偶子の連続的な産生を可能にしているのである。しかし、分泌因子の機能の定量的解析や、それぞれの細胞の挙動や機能の解析等、in vivoでの解析には制限がある。そこで、本研究では、GSC／ニッチ・システムのin vitro再構成系を確立し、in vivoでは解析が困難な問題に焦点を絞り、詳細な解析を行なう。また、この系を利用して、遺伝子改変個体の作成技術開発も行なう。申請者は、世界に先駆け、雌のGSC／ニッチの性質を持つ細胞株の樹立に成功している。また、これまでの予備的な研究から、この培養系により、さまざまな系統からのGSCが安定的に維持・増殖することを確認している。種々の改変遺伝子（トランスジーン）をもつ系統のGSCやニッチ細胞等を組み合わせ、in vitro再構成系を確立することにより、GSC／ニッチ・システムを構成するそれぞれの細胞における遺伝子機能解析が可能となる。この研究は、計画研究１で行うin vivoでの解析やトランスクリプトーム解析と有機的なつながりがあり、両者により、ショウジョウバエにおけるGSC／ニッチ・システムの制御機構の全体像を明らかにできると考えられる。また、本研究で明らかにされる成果は、培養法等技術的な面も含め、マウスや他の動物を用いた研究への貢献が期待できる。
本研究では、以下に記す５つの研究を実施する。 ① GSC／ニッチ・システムのin vitroでの再構成：種々の改変遺伝子をもつ系統の始原生殖細胞（PGC）、GSC、ニッチ細胞等を組み合わせ、GSC／ニッチ・システムをin vitroで再構成する系を確立する。これにより、GSCの挙動の詳細な解析や、GSCとニッチ細胞の機能性差、GSC分化に関わるニッチ細胞以外の体細胞の役割の解析、さらに下記の研究が可能となる。 ② in vitro再構成を用いたニッチの場の機能解析：ニッチの場における分泌因子や細胞外マトリックスの役割をGSC／ニッチ・システムのin vitro再構成系で解析する。特に、GSC維持に関わる分泌因子の機能を定量的に解析する。 ③ ニッチ細胞で発現する遺伝子の機能解析：GSC／ニッチ・システムのin vitro再構成系により、ニッチ細胞で発現しているがin vivoでは機能解析が困難な遺伝子（他の体細胞でも機能を持ち、突然変異により致死となるもの等）のニッチ細胞における機能を明らかにする。 ④ GSC形成に関わる遺伝子の探索と機能解析：PGCとニッチ細胞の組み合わせにより、GSC／ニッチ・システム再構成系を樹立し、この系において、PGCからGSCが形成される機構を解析する。 ⑤ 遺伝子改変個体の作成技術開発：GSC／ニッチ再構成系により長期的に培養しているGSCより配偶子を得る技術を開発する。また、GSCの遺伝子ターゲッティングを行う技術も開発し、両者を組み合わせて、遺伝子改変個体を作出するための基盤技術とする。