ニュース｜カリフォルニア大学の科学者らが「プログラム可能な胚モデル」で初期発生を再現、妊よう性研究に新たな道を開く
受精後の最初の数日間に、一個の細胞がどのようにして完全な生物になるのかは、科学における最大の謎の一つです。哺乳類の初期発生は子宮内で進むため、研究者は長年、発生を直接観察したり介入したりすることに苦労してきました。そのため、胚の発生が時に失敗する理由の解明には限界がありました。
カリフォルニア大学サンタクルーズ校で行われた先駆的な研究が、この限界を乗り越えつつあります。研究者らは、本物の胚を使わず、高度なCRISPR技術を用いて、自己組織化する「プログラム可能な胚モデル」、すなわち胚様体を作製しました。これらは実験室内で初期発生の主要な段階を再現します。この研究成果はCell Stem Cellに掲載されました。
「胚の形成など、自然現象を培養皿の中で再構築し、さらには改変することで、初期発生障害の研究を前進させたいと考えています」
—Ali Shariati氏（責任著者、UC Santa Cruz生体分子工学助教授）
CRISPRで幹細胞をプログラミング
この研究は、博士研究員のGerrald Lodewijk氏と、現在Caltechの大学院生である卒業生のSayaka Kozuki氏が、実験用マウスの幹細胞を用いて共同で主導しました。幹細胞は白紙のキャンバスのようなもので、理論上は脳細胞や腸細胞を含む、あらゆる種類の細胞になれます。
チームは、より穏やかなCRISPRの手法であるCRISPR活性化システム（CRISPRa）を使用しました。DNAを切断するのではなく、胚発生に不可欠な遺伝子領域を調節・活性化します。この正確な活性化により、幹細胞はさまざまな原始的な胚細胞へと変化します。
「外部から刺激を加えるのではなく、細胞がすでに持っている遺伝子のスイッチを活性化し、発生の旅をどう始めるかを細胞自身に委ねます」とLodewijk氏は説明しました。
幹細胞の80%以上が、数日以内に自然に組織化して初期胚に似た構造を形成し、自然胚と非常によく一致する遺伝子発現プログラムを開始しました。
「自己組織化の様子は驚くほどよく似ています。細胞は何をすべきかを理解しているようで、私たちはそっと後押しするだけでよいのです」
—Ali Shariati氏
初期生命が自己組織化する仕組みを観察
胚様体の細胞は培養下で、鳥の群れのような秩序ある動きと表現される回転移動など、集団的な挙動を示し、最終的に印象的な初期胚パターンを形成しました。
異なる細胞種の産生を化学物質で強制していた従来の方法とは異なり、この研究では共発生を重視しました。これは体内で起こる自然な胚発生をより忠実に再現するものです。
「細胞を一つずつ作るのではありません。本物の胚と同じように、細胞同士を一緒に成長させ、互いに影響し合わせます。隣り合う細胞としての生物学的記憶を再現するのです」
—Shariati氏
プログラム可能なモデルが発生異常の原因を明らかにする可能性
これらの胚モデルの主な利点は、高いプログラム可能性にあります。研究者は生命のごく初期段階を調べ、遺伝子を意図的にオンまたはオフにして、どの変化が細胞種、組織の構築、あるいは胚全体の発生の失敗を引き起こすのかを観察できます。
これにより、本物の胚を使わずに発生異常をモデル化できる強力な研究基盤が得られます。
この技術は将来的にヒトを含む他の種にも応用され、初期のヒト胚が着床や発生に失敗することが多い理由の解明に役立つ可能性があります。Shariati氏は次のように述べています。「生命の始まりにあるボトルネックを、今ではより明確に見られるようになりました。これはヒトの生殖成功率を高めるうえで非常に重要です」
出典：
オンライン収集
送信することにより、当社の プライバシーポリシー に基づく連絡先・相談情報の処理に同意し、 利用規約 に同意するとともに、本件に関する当社からの連絡に同意したものとみなされます。
ニュース｜カリフォルニア大学の科学者らが「プログラム可能な胚モデル」で初期発生を再現、妊よう性研究に新たな道を開く
ニュース｜カリフォルニア大学の科学者らが「プログラム可能な胚モデル」で初期発生を再現、妊よう性研究に新たな道を開く
受精後の最初の数日間に、一個の細胞がどのようにして完全な生物になるのかは、科学における最大の謎の一つです。哺乳類の初期発生は子宮内で進むため、研究者は長年、発生を直接観察したり介入したりすることに苦労してきました。そのため、胚の発生が時に失敗する理由の解明には限界がありました。
カリフォルニア大学サンタクルーズ校で行われた先駆的な研究が、この限界を乗り越えつつあります。研究者らは、本物の胚を使わず、高度なCRISPR技術を用いて、自己組織化する「プログラム可能な胚モデル」、すなわち胚様体を作製しました。これらは実験室内で初期発生の主要な段階を再現します。この研究成果はCell Stem Cellに掲載されました。
「胚の形成など、自然現象を培養皿の中で再構築し、さらには改変することで、初期発生障害の研究を前進させたいと考えています」
—Ali Shariati氏（責任著者、UC Santa Cruz生体分子工学助教授）
CRISPRで幹細胞をプログラミング
この研究は、博士研究員のGerrald Lodewijk氏と、現在Caltechの大学院生である卒業生のSayaka Kozuki氏が、実験用マウスの幹細胞を用いて共同で主導しました。幹細胞は白紙のキャンバスのようなもので、理論上は脳細胞や腸細胞を含む、あらゆる種類の細胞になれます。
チームは、より穏やかなCRISPRの手法であるCRISPR活性化システム（CRISPRa）を使用しました。DNAを切断するのではなく、胚発生に不可欠な遺伝子領域を調節・活性化します。この正確な活性化により、幹細胞はさまざまな原始的な胚細胞へと変化します。
「外部から刺激を加えるのではなく、細胞がすでに持っている遺伝子のスイッチを活性化し、発生の旅をどう始めるかを細胞自身に委ねます」とLodewijk氏は説明しました。
幹細胞の80%以上が、数日以内に自然に組織化して初期胚に似た構造を形成し、自然胚と非常によく一致する遺伝子発現プログラムを開始しました。
「自己組織化の様子は驚くほどよく似ています。細胞は何をすべきかを理解しているようで、私たちはそっと後押しするだけでよいのです」
—Ali Shariati氏
初期生命が自己組織化する仕組みを観察
胚様体の細胞は培養下で、鳥の群れのような秩序ある動きと表現される回転移動など、集団的な挙動を示し、最終的に印象的な初期胚パターンを形成しました。
異なる細胞種の産生を化学物質で強制していた従来の方法とは異なり、この研究では共発生を重視しました。これは体内で起こる自然な胚発生をより忠実に再現するものです。
「細胞を一つずつ作るのではありません。本物の胚と同じように、細胞同士を一緒に成長させ、互いに影響し合わせます。隣り合う細胞としての生物学的記憶を再現するのです」
—Shariati氏
プログラム可能なモデルが発生異常の原因を明らかにする可能性
これらの胚モデルの主な利点は、高いプログラム可能性にあります。研究者は生命のごく初期段階を調べ、遺伝子を意図的にオンまたはオフにして、どの変化が細胞種、組織の構築、あるいは胚全体の発生の失敗を引き起こすのかを観察できます。
これにより、本物の胚を使わずに発生異常をモデル化できる強力な研究基盤が得られます。
この技術は将来的にヒトを含む他の種にも応用され、初期のヒト胚が着床や発生に失敗することが多い理由の解明に役立つ可能性があります。Shariati氏は次のように述べています。「生命の始まりにあるボトルネックを、今ではより明確に見られるようになりました。これはヒトの生殖成功率を高めるうえで非常に重要です」
出典：
オンライン収集