四肢骨格パターンを再現したマウスES細胞由来肢芽組織の作製

小鼠 ES 细胞衍生的肢芽组织的创建可再现肢体骨骼模式

• 批准号: 17K19414
• 负责人: 森 俊介
• 金额: $ 4.16万
• 依托单位: Kyoto University (2018)Institute of Physical and Chemical Research (2017)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2017
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2017-06-30 至 2019-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17K19414/
• 关键词: 幹細胞生物学; 発生生物学; 肢芽; オルガノイド; ES細胞; 多能性細胞; 多能性幹細胞; Organoid; 再生医療

四肢原基となる肢芽は、パターニングの有用な実験モデル組織として研究されてきた。しかし、肢芽のパターニングから形成される四肢骨格発生の詳細なメカニズムは明らかになっていない。この発生機構の解明には、形態変化と分子動態を継時的に観察する必要がある。そこで申請者は、試験管内において肢芽発生過程を解析可能な研究ツール作製を目的に研究を進め、三次元培養法 (SFEBq法)で作製したマウス胚性幹細胞（ES細胞）凝集体から立体組織構造を維持した肢芽組織“肢芽オルガノイド”を分化誘導する手法を見出した。本研究課題では、この肢芽オルガノイドを用い、試験管内で四肢骨格発生を再現する実験系の構築を目指し研究を進めた。まず、肢芽オルガノイドが潜在的に骨発生能を持っているか解析するため、マウス腎臓皮膜下移植法とexo utero移植法を用いた肢芽オルガノイドの移植実験を行った。この結果、肢芽オルガノイドが軟骨から硬骨までの分化能を持ち、さらに胚発生期のマウス肢芽と同様に軟骨と腱への多分化能を保持することを明らかにした。次に、肢芽発生に必須なシグナルオーガナイザーAERを誘導する実験を行った。肢芽発生期、BMPシグナルの拮抗により形成される背腹軸の極性に伴いAERが誘導される。肢芽オルガノイドはBMPの活性が高く、肢芽の腹側に偏った遺伝子発現を示していた。そこで、当該研究室で開発したLocal application systemを用いBMP阻害剤の局所添加実験を行った。この結果、背側マーカー遺伝子の発現増加とAERの特徴であるFgf8遺伝子を発現した肥厚上皮構造を再現した肢芽オルガノイドの作製方法を見出した。以上の研究成果は、マウスES細胞由来の肢芽オルガノイドが肢芽の発生過程を試験管内で再現できる潜在的能力を保持していることを示しており、これらの研究結果を論文にまとめ、現在投稿中である。

A study of the origin and development of the four limbs The development of limb bones is described in detail below. It is necessary to investigate the molecular dynamics of the molecular evolution mechanism. The applicant has demonstrated the method of differentiation induction of embryonic stem cells (ES cells) by three-dimensional culture method (SFEBq method) to maintain the three-dimensional tissue structure of embryonic stem cells. This study aims to further the research on the construction of the bone system for the reconstruction of limb bone growth in the experimental tube. The potential for bone regeneration is analyzed using the subrenal transplantation method and the exotero transplantation method. As a result, the differentiation ability of cartilage, cartilage and tendon during embryo development was maintained. The secondary and secondary bud development must be carried out in order to induce AER. AER induction is associated with dorsal-ventral axis polarity during bud development, BMP differentiation and antagonism. The activity of BMP was high in the bud, and the development of BMP in the ventral part of the bud was indicated. When the laboratory was developed, the Local application system was implemented using BMP inhibitors. The results show that the development of dorsal epithelial cells and the characteristics of AER are similar. The above research results show that the potential ability to reproduce in vitro during the development of limb buds from ES cells is maintained.