Research & Teams

目標　Objectives

発生学とは、1つの受精卵（胚）から生物個体がどのようなメカニズムで構築されていくかを探求する学問です。ヒト胚発生の中でも着床直後というのは、ダイナミックな形態変化を伴いながら原腸陥入や臓器原基形成など“個”の起始に関わる重要な生命現象を開始する、極めて根源的な時期です。にも関わらず倫理的問題を含むいくつかの決定的な阻害要因により、この時期のヒト胚発生メカニズムはほぼ未解明のまま。本研究領域ではこの現状を解決するため、非ヒト霊長類(non-human primate; NHP)をモデルに「霊長類着床後胚発生研究の基盤創設」を目指します。

Developmental biology is the study of mechanisms whereby a fertilized egg (embryo) grows into a full-fledged organism. The implantation of a human embryo initiates dynamic biological processes, such as invagination, gastrulation, and primordium formation, that are essential to the embryo's growth and survival. The mechanisms of human embryonic development, particularly in the early post-implantation stages, are poorly understood because legal, ethical, technical, and other issues restrict scientific experimentation concerning this biological process. To overcome these hurdles, this project will lay the foundation for the study of post-implantation primate embryo development using non-human primate (NHP) models.


着床(implantation)直後のヒト胚発生はブラックボックス!

　着床直後のヒト胚発生研究の進展がなかった大きな原因は、端的には以下の二つです。

  1. 着床期が妊娠に気付くか気づかないかのギリギリの時期であるため胚試料の入手が不可能なこと。

  2. 分子メカニズム解明に必須であるヒト受精卵への遺伝子改変研究が生命倫理的に不可能であること。

本研究領域では、これらの問題を回避するためNHPを用いた以下４つの計画研究を大きな柱として掲げます。

Major obstacles that block the progress of research on human embryo development in the early post-implantation stages include the following:

  1. Access to early post-implantation embryo specimens in vivo is ethically controversial. In addition, it is technically challenging to identify the timing of embryo implantation based on the mother’s physical awareness of her pregnancy.

  2. Genetic manipulation of fertilized human eggs aimed at investigating the molecular mechanisms of development cannot be ethically justified.

Using NHP models, this project addresses the following research goals:

A)　 試験管内”疑似着床”胚発生モデルの基盤構築

Establishing an ex vivo culture system for "pseudo-implantated" embryos

霊長類は基本的に産子数が少なく、非ヒト霊長類を用いても着床後胚は入手が困難です。そのため、子宮環境も含めたin vivoの発生現象を培養皿上で再現できる胚培養系の確立を目指します。

Primates generally give birth to small litters (mostly single or twin births). It is therefore technically difficult to obtain a large number of post-implantation NHP embryos for research. We will establish an in vitro embryonic culture system that recapitulates the intra-uterine environment and in vivo events of early development.

A01 情報基盤と試験管内胚発生モデル基盤の構築
 Platforms for in vivo informatics & ex vivo culture system

中村 友紀 Tomonori NAKAMURA, Ph.D.
(Representative) (ORCiD, researchmap, LabHP)

京都大学 白眉センター/ 高等研究院 ヒト生物学高等研究拠点 ASHBi

The Hakubi center for Advanced Research
Institute for the Advanced Study of Human Biology (WPI-ASHBi)
Kyoto University

A02 試験管内子宮内環境基盤の構築
In vitro reconstitution of the intrauterine environment

髙島 康弘 Yasuhiro TAKASHIMA, M.D., Ph.D.
(ORCiD, researchmap, LabHP)

京都大学 iPS細胞研究所

Center for iPS Cell Research and Application (CiRA),
Kyoto university

B)　霊長類のための先進的発生工学技術の基盤構築

Establishing cutting-edge developmental engineering techniques for primate models

　NHPを用いても現状の受精卵における遺伝子改変法では、モザイク性の問題さらには蛍光遺伝子など長鎖遺伝子のノックインに対する効率性の問題があり、全細胞に目的遺伝子型をもつ胚を安定して解析に供与することは極めて困難です。このため、現状の受精卵に対する遺伝子改変法の改良と、遺伝子改変を施した多能性幹細胞（ESC/iPSC）を起点として機能的な生殖細胞を誘導するという幹細胞をベースとした方法の二つの方向から、霊長類に適した先進的な発生工学基盤の構築を目指します。

Current gene editing techniques for fertilized NHP eggs are not suitable for the stable production of embryos that harbor target gene(s) in all cells because these techniques give rise to genetic mosaics and have poor efficiency when used to knock in fluorescent protein genes and other large genetic constructs. We will create advanced technological platforms for developmental engineering in primates. Specifically, we will overcome the shortcomings of the current gene manipulation methods for fertilized eggs. We will also develop new technologies for generating functional reproductive cells by genetically engineering pluripotent cells such as embryonic stem cells and induced pluripotent stem cells.

B01 遺伝子改変技術基盤の構築
New and highly efficient gene editing techniques for NHP models

築山 智之 Tomoyuki TSUKIYAMA, Ph.D.
(ORCiD, researchmap, LabHP)

滋賀医科大学　動物生命科学研究センター

Research Center for Animal Life Science (RCALS), Shiga University of Medical Science

B02 生殖工学基盤の構築
Technological platforms for reproductive engineering

渡部 聡朗, Toshiaki WATANABE, Ph.D.
(ORCiD, researchmap)

国立成育医療研究センター 再生医療センター 細胞医療研究部

Department of Cell Engineering, Center for Regenerative Medicine,
National Center for Child Health and Development.

研究参画者

  • 一丸(首浦) 武作志 (実験動物中央研究所 マーモセット研究部) -> 佐賀大学医学部へ

  • 一楽 実莉　(京都大学 iPS細胞研究所)

  • 井元 佑介 （京都大学高等研究院ヒト生物学高等研究拠点 ASHBi）

  • 岩谷 千鶴　 (滋賀医科大学動物生命科学研究センター)

  • 岡本 郁弘 （京都大学高等研究院ヒト生物学高等研究拠点 ASHBi）

  • 國富 晴子　(京都大学 iPS細胞研究所)

  • 田代 明弓　(国立成育医療研究センター)

  • 築山 勢津子 (滋賀医科大学動物生命科学研究センター)

  • 土屋 英明　 (滋賀医科大学動物生命科学研究センター)

  • 中家 雅隆　(滋賀医科大学動物生命科学研究センター)

  • 西川 和美　(京都大学 iPS細胞研究所)

  • 藤原 浩平 （京都大学高等研究院ヒト生物学高等研究拠点 ASHBi）

（五十音順）

評価者

  • 斎藤通紀 教授；京都大学高等研究院 ヒト生物学高等研究拠点(ASHBi)拠点長

  • 佐々木えりか 部長；実験動物中央研究所 応用発生学研究室 マーモセット医学生物学研究部

  • 林克彦 教授；九州大学大学院医学研究院 応用幹細胞医科学部門 ヒトゲノム幹細胞医学分野

  • 藤田みさお 教授；京都大学iPS細胞研究所 上廣倫理研究部門