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A01-2 小川班

高インテグリティを実現するin vitro精子形成系の開発

精子形成はマウスで35日間、ヒトでは74日間という長期間に亘る細胞増殖・分化の過程であり、生殖細胞と精巣内体細胞の密接な連携の上に成り立っている。その複雑で精巧なプロセス故に、体外で再現することが極めて難しいとされてきた。研究代表者はマウス精巣組織を用いた器官培養法で、精子幹細胞からの精子産生に2011年に世界で初めて成功し、顕微授精により産仔を得た。この方法は国内外の多くの研究者に追試され、現在では唯一のin vitro精子形成法として用いられている。さらに、マイクロ流体システム技術を導入し、精子形成効率の向上と長期間に亘る培養を達成してきた。しかし尚、現在の精子産生効率は生体内精巣の1%にも達していない。これは、既成の培養液を用いた従来の培養条件の検討では解決しきれない問題の存在を示唆していると同時に、培養デバイスが作る培養環境と生体内環境との間には大きな隔たりがあることを意味する。

本研究では、まず培養液組成を細かく分画して、培養に有効な因子の同定と濃縮を行う（下図①）。これと同時に培養デバイスに物理ストレスという新しい環境を加える（下図②）。この両者を改良することにより高インテグリティ精子のin vitro産生を達成する。これらを達成した後においても、器官培養には以下の制限がある。すなわち、動物個体からの精巣組織の提供なしには実験が成立しないという点である。そこで本計画研究では、精巣の器官培養から得られる知見を基盤として、精巣組織をde novo に作り出すことにより、生体由来の組織に依存せず、多能性幹細胞を精子にまで分化させる培養系（in vitro gametogenesis）の開発を行う（下図③）。

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研究組織
主要論文

小川 毅彦

  • Yamanaka H, Komeya M, Nakamura H, Sanjo H, Sato T, Yao M, Kimura H, Fujii T, *Ogawa T.

    A monolayer microfluidic device supporting mouse spermatogenesis with improved visibility.

    Biochem Biophys Res Commun. 500: 885-891 (2018)

  • Sanjo H, Komeya M, Sato T, Abe T, Katagiri K, Yamanaka H, Ino Y, Arakawa N, Hirano H, Yao T, Asayama Y, Matsuhisa A, Yao M, *Ogawa T.

    In vitro mouse spermatogenesis with an organ culture method in chemically defined medium.

    PLoS One. 13: e0192884. (2018)

  • Komeya M, Hayashi K, Nakamura H, Yamanaka H, Sanjo H, Kojima K, Sato T, Yao M, Kimura H, Fujii T, *Ogawa T.

    Pumpless microfluidic system driven by hydrostatic pressure induces and maintains mouse spermatogenesis in vitro.

    Sci Rep. 7: 15459. (2017)

  • Kojima K, Sato T, Naruse Y, *Ogawa T.

    Spermatogenesis in explanted fetal mouse testis tissues.

    Biol Reprod. 95: 1-6. (2016)

  • Komeya M, Kimura H, Nakamura H, Yokonishi T, Sato T, Kojima K, Hayashi K, Katagiri K, Yamanaka H, Sanjo H, Yao M, Kamimura S, Inoue K, Ogonuki N, Ogura A, Fujii T, *Ogawa T.

    Long-term ex vivo maintenance of testis tissues producing fertile sperm in a microfluidic device.

    Sci Rep. 6: 21472. (2016)

  • Sato T, Katagiri K, Kojima K, Komeya M, Yao M, *Ogawa T.

    In vitro spermatogenesis in explanted adult mouse testis tissues.

    PLoS One 10: e0130171. (2015)

  • *Sato T, Sakuma T, Yokonishi T, Katagiri K, Kamimura S, Ogonuki N, Ogura A, Yamamoto T, *Ogawa T.

    Genome editing in mouse spermatogonial stem cell lines using TALEN and double-nicking CRISPR/Cas9.

    Stem Cell Reports. 5: 75-82. (2015)

  • Yokonishi T, Sato T, Komeya M, Katagiri K, Kubota Y, Nakabayashi K, Hata K, Inoue K, Ogonuki N, Ogura A, *Ogawa T.

    Offspring production with sperm grown in vitro from cryopreserved testis tissues.

    Nat Commun. 5: 4320 (2014)

  • *Sato T, Katagiri K, Kubota Y, *Ogawa T.

    In vitro sperm production from mouse spermatogonial stem cell lines using an organ culture method.

    Nat Protoc. 8: 2098-2104 (2013)

  • Yokonishi T, Sato T, Katagiri K, Komeya M, Kubota Y, *Ogawa T.

    In vitro reconstruction of mouse seminiferous tubules supporting germ cell differentiation.

    Biol Reprod. 89: 15 (2013)

  • Sato T, Yokonishi T, Komeya M, Katagiri K, Kubota Y, Matoba S, Ogonuki N, Ogura A, Yoshida S, *Ogawa T.

    Testis tissue explantation cures spermatogenic failure in c-Kit ligand mutant mice.

    Proc Natl Acad Sci U S A. 109: 16934-16938. (2012)

  • Sato T, Katagiri K, Gohbara A, Inoue K, Ogonuki N, Ogura A, Kubota Y, *Ogawa T.

    In vitro production of functional sperm in cultured neonatal mouse testes.

    Nature. 471, 504-507. (2011)

  • Araki Y, Sato T, Katagiri K, Kubota Y, Araki Y, *Ogawa T.

    Proliferation of mouse spermatogonial stem cells in microdrop culture.

    Biol Reprod. 83: 951-957 (2010)

  • Gohbara A, Katagiri K, Sato T, Kubota Y, Kagechika H, Araki Y, *Ogawa T.

    In vitro murine spermatogenesis in an organ culture system.

    Biol Reprod. 83: 261-267 (2010)

  • Watanabe T, Hayashi H, Kita K, Kubota Y, *Ogawa T.

    Ectopic porcine spermatogenesis in murine subcutis: tissue grafting versus cell-injection methods.

    Asian J Androl. 11: 317-323 (2009)

  • Kita K, Watanabe T, Ohsaka K, Hayashi H, Kubota Y, Nagashima Y, Aoki I, Taniguchi H, Noce T, Inoue K, Miki H, Ogonuki N, Tanaka H, Ogura A, *Ogawa T.

    Production of functional spermatids from mouse germline stem cells in ectopically reconstituted seminiferous tubules.

    Biol Reprod. 76: 211-217 (2007)

  • *Ogawa T, Ohmura M, Yumura Y, Sawada H, Kubota Y.

    Expansion of murine spermatogonial stem cells through serial transplantation.

    Biol Reprod 68: 316-322 (2003)

  • Ogawa T, Dobrinski I, Avarbock MR, Brinster RL;

    Transplantation of male germ line stem cells restores fertility in infertile mice.

    Nat Med. 6: 29-34 (2000)

木村 啓志

  • 高橋翼、中村寛子、*木村啓志

    精子選別機能集積型受精卵作出デバイスの開発

    日本機械学会論文集 83: 16-00560 (2017)

  • Horayama M, Shinha K, Kabayama K, Fujii T, *Kimura H.

    Spatial chemical stimulation control in microenvironment by microfluidic probe integrated device for cell-based assay,

    PLoS One 11: e0168158 (2016)

  • Yang L, Okamura Y, *Kimura H.

    Surface modification on polydimethylsiloxane-based microchannels with fragmented poly(L-lactic acid) nanosheets,

    Biomicrofluidics 9: 064108 (2015)

  • Kimura H, Ikeda T, Nakayama H, Sakai Y, Fujii T.

    An on-chip small intestine-liver model for pharmacokinetic studies,

    Journal of LaboratoryAutomations 20: 265-273 (2015)

  • Kimura H, Nakamura H, Akai T, Yamamoto T, Hattori H, Sakai Y, Fujii T.

    On-chip individual embryo coculture with microporous membrane-supported endometrial cells.

    IEEE Transactions on NanoBioscience 8: 318-324 (2009)

鈴木 貴紘

  • Suzuki T, Shimizu Y, Furuhata E, Maeda S, Kishima M, Nishimura H, Enomoto S, Hayashizaki Y, Suzuki H.

    RUNX1 regulates site specificity of DNA demethylation by recruitment of DNA demethylation machineries in hematopoietic cells.

    Blood Adv 1: 1699-1711 (2017)

  • Andersson R, Gebhard C, Miguel-Escalada I, Hoof I, Bornholdt J, Boyd M, Chen Y, Zhao X, Schmidl C, Suzuki T, Ntini E, Arner E, Valen E, Li K, Schwarzfischer L, Glatz D, Raithel J, Lilje B, Rapin N, Bagger FO, Jorgensen M, Andersen PR, Bertin N, Rackham O, Burroughs AM, Baillie JK, Ishizu Y, Shimizu Y, Furuhata E, Maeda S, Negishi Y, Mungall CJ, Meehan TF, Lassmann T, Itoh M, Kawaji H,Kondo N, Kawai J, Lennartsson A, Daub CO, Heutink P, Hume DA, Jensen TH, Suzuki H, Hayashizaki Y, Muller F, Forrest ARR, Carninci P, Rehli M, Sandelin A.

    An atlas of active enhancers across human cell types and tissues.

    Nature 507: 455-461 (2014)

  • Suzuki T, Nakano-Ikegaya M, Yabukami-Okuda H, de Hoon M, Severin J, Saga-Hatano S, Shin JW, Kubosaki A, Simon C, Hasegawa Y, Hayashizaki Y, Suzuki H.

    Reconstruction of monocyte transcriptional regulatory network accompanies monocytic functions in human fibroblasts.

    PLoS One 7: e33474 (2012)

  • Shin JW, Suzuki T, Ninomiya N, Kishima M, Hasegawa Y, Kubosaki A, Yabukami H, Hayashizaki Y, Suzuki H.

    Establishment of single-cell screening system for the rapid identification of transcriptional modulators involved in direct cell reprogramming.

    Nucleic Acids Res 40: e165 (2012)

  • Suzuki H, Forrest AR, van Nimwegen E, Daub CO, Balwierz PJ（以下省略：159人中116番）

    The transcriptional network that controls growth arrest and differentiation in a human myeloid leukemia cell line.

    Nat Genet 41: 553-562 (2009)

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