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が維持されることが明らかになっている。最近、細胞外マトリックスの機能解析により、ニッチ細胞からの分泌因子シグナルを、GSCに的確に伝達する領域として「ニッチの場」の概念が想定されている。すなわち、ショウジョウバエでは、GSC、ニッチ細胞、ニッチの場がGSC／ニッチ・システムを構成し、配偶子の連続的な産生を可能にしているのである。本研究では、GSC／ニッチ・システムを構成するGSC、ニッチ細胞、ニッチの場の形成機構の解明を目標とする。これまでの予備的な研究から、ニッチ細胞が合成する細胞外マトリックスの主要な構成分子の一つであるヘパラン硫酸プロテオグリカン（HSPG）が、GSC維持に必要な分泌因子を保持するニッチの場の分子基盤となっていることが予想される。また、Sevenless（受容体型チロシン・キナーゼ）が関わるシグナル伝達経路の解析から、ニッチ細胞の形成機構を世界に先駆け明らかにした。さらに、GSC形成機構解明の基礎となる、単離した始原生殖細胞中、および単離したGSC中で発現する遺伝子の網羅的同定も進行しつつある。本研究は、これら先駆的な研究を基盤に立案された独創的なものである。本研究で明らかにされる成果（特に、ニッチの場の形成機構、GSCおよびニッチ細胞で発現する遺伝子の同定）は、ニッチ細胞が明確ではなくニッチの場のみが同定されているマウス等における研究への貢献や、他の動物種におけるGSC／ニッチ・システムの同定および形成機構解析への貢献が期待できる。このような計画研究間の有機的な結合により、GSC／ニッチ・システムの普遍性と多様性を明らかにするなど、新しい視点での研究への発展が期待できる。さらに、このような研究は、生殖医学や多くの有用動物での生殖工学的技術の基盤を形成できる。
GSC／ニッチ・システムを構成するGSC、ニッチ細胞、ニッチの場の形成を制御する分子機構を、ショウジョウバエを用いて解明するため、以下の研究を行う。 ① ニッチの場の形成機構：GSC／ニッチ・システムのコンポーネントのうち新たに提唱されたニッチの場が形成される機構を解明する。ニッチ細胞により合成されるHSPGに注目し、この分子がGSC維持に必要な分泌因子を保持する働きがあるかについて卵巣／精巣において解析する。 ② ニッチ細胞の形成機構：雌／雄におけるニッチ細胞の形成機構を解明する。ニッチ細胞が形成される時期は、雄では胚期、雌では３令幼虫期であり、形成機構も性依存的と考えられている。雄では、Sevenlessに加え、Notch、Egfrシグナル伝達経路が、雌では、FGFシグナル伝達経路がニッチ形成に関与することが予想される。このようなシグナル伝達経路の機能解析を中心として、ニッチ細胞形成機構を解明する。 ③ GSCの特質を生み出す機構：GSCは、他の（体細胞性）幹細胞が有していない「次代の生命を生み出す生殖細胞としての性質（Germness)」や、「性差（Sex）」を有している。これら性質を含め、GSCの特徴が形成される機構を解明する。そのために、GSC特異的（生殖細胞特異的）に発現する遺伝子やGSC中で性差を示す遺伝子を同定し、それらの機能および発現制御機構を解析する。また、GSCのトランスクリプトームと他の動物種のGSCにおける同様のデータと比較することで、動物に共通する普遍的なGSC形成機構を明らかにする基盤を形成できると考えている。