小川らの研究グループは、新生仔マウス精巣組織を器官培養し、精子産生と産仔に成功し、今年3月にその成果をNatureに報告しました。今回、その器官培養法を応用・発展させ、体外移植培養法という技術を開発しました。この技術によって単離された精子幹細胞や細胞株からでも培養下で精子を造ることができます。
マウス精原幹細胞の培養法は、京都大学・篠原隆司教授らのグループによって2003年に開発されました。その培養精原幹細胞（Germline Stem Cells; GS細胞※1）は、幹細胞能を保ったまま長期間増殖可能で、その遺伝子改変も可能な細胞であることから、精原幹細胞を研究する上で優れたシステムとなっています。しかし、GS細胞をin vitroで精子へと分化させる方法はこれまで確立されていませんでした。したがって、GS細胞を分化誘導して精子形成させるためには、精巣内へ移植するなど、生体内に戻さなければなりませんでした。
小川らの研究グループはGS細胞からの精子形成法開発を目指し、これまで研究を進めてきました。そして今年、その基盤となる器官培養技術を開発し、新生仔マウスの精巣中の前精原細胞から精子形成を進行させ、in vitroで妊孕能のある精子を得ることに成功しました（Sato et al., Nature 2011）。そこで研究グループは、この器官培養法を応用すれば、GS細胞をin vitroで精子に分化させられるのではないかと考え、体外移植培養法という手法を開発しました。
実験準備として、精子形成の進行を簡便にモニターするために、生殖細胞で減数分裂特異的にGFP※２を発現するトランスジェニックマウス※３からGS細胞を樹立しました。仔マウスから取り出した精巣の精細管内にそれらのGS細胞を注入移植し（体外移植）、その精巣組織片をアガロースゲル上で器官培養を行いました（図１）。
※1 GS細胞：培養した精子幹細胞。培養下で指数関数的に増殖し、精子になる能力を持っている細胞
※2 GFP (Green fluorescence protein)：クラゲ由来の蛋白質で、励起光を当てると緑色の蛍光を発する
※3 トランスジェニックマウス：外来遺伝子が導入された遺伝子改変マウス
その結果、生体内とほぼ同様のタイミングでGFPの発現が観察されました（図２）。
それらの精巣組織内には、半数体である精子細胞および精子の形成が確認されました（図３）。
さらにそれらの精子細胞・精子を用いて顕微授精※4を行ったところ、精子細胞を注入した卵から健康な産仔を得ることに成功しました（図４）。
※4 顕微授精： ガラス針により精子を卵に注入して授精させる方法
さらに研究グループは、精巣内環境が異常なために無精子症になっている突然変異マウス(Sl/Sld)の精子幹細胞を正常マウスの精巣に注入移植し、その組織を培養することで、精子形成を誘導することにも成功しました。このように、本方法はGS細胞のみならず、精子形成能をもつどのような細胞にも応用できる可能性があります。
体外移植培養法は、精子形成の分子メカニズムや不妊症の病態を解明する基礎研究に応用でき、男性不妊症の診断・治療に貢献することが期待されます。
「発表雑誌」
Nature Communications 2: 472 (2011)
タイトル：“IIn Vitro production of fertile sperm from murine spermatogonial stem cell lines." >> 詳細
著者：T. Sato, K. Katagiri, T. Yokonishi, Y. Kubota, K. Inoue, N. Ogonuki, S. Matoba, A. Ogura and *T. Ogawa
詳しい情報
< 公立大学法人横浜市立大学 PRESS RELESE >
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