2021.08.18
京都大学 篠原隆司先生の成果が Cell Reports に発表されました。
生殖幹細胞は、自己複製能と生殖細胞への分化能を持ついわゆる単能性（unipotent）幹細胞です。その特殊な能力はニッチと呼ばれる生殖巣の限られた区域でのみ発揮されますので、いかにニッチが生殖幹細胞を維持しているかは、発生生物学上のとても重要な課題です。哺乳類では、生殖幹細胞と言えば精巣の精原幹細胞（SSC）になりますが、哺乳類のSSCの数は少なく、またin vitro解析系にも限界があるために、そのニッチに関する理解はまだ完全ではありません。しかしそのような生物学的および技術的制限があっても、篠原先生は、長年にわたって精細管内細胞移植、遺伝子導入、ノックダウンその他のあらゆる解析技術を駆使して、SSCとニッチに関わる因子を一つ一つ明らかにし、当該領域のトップランナーとして活躍を続けられています。
この最新の研究では、セルトリ細胞で発現する低分子量GTP結合蛋白質Rhoファミリーの一つCDC42がマウス精巣におけるSSCニッチの形成に必須であることを明らかにしています。CDC42は、多くの細胞種で細胞極性や小胞輸送などに機能している分子であり、セルトリ細胞でも発現していることが知られています。そこで篠原先生らはセルトリ細胞特異的CDC42ノックアウト（KO）マウスを Amh-Cre を用いて作出し、その表現型を調べました。その結果、幼若期に早熟性に精子細胞が発生するものの、徐々に生殖細胞が減少し、その中でも特にSSCの減少が顕著であることがわかりました。一方、CDC42 KOセルトリ細胞の形態や血液精巣関門（BTB）に変化は生じていません。そこで、篠原先生の真骨頂である精細管内細胞移植をWTとKO間でレシプロカルに実施し、SSCを観察したところ、CDC42が移植後のSSCの維持と発生に必須であることがわかりました。CDC42 KO精巣でもドナーSSCをニッチに導くCXCL12は十分に発現していましたので、ニッチそのものが機能不全であることがわかります。では、CDC42はSSCニッチの形成をどのように制御しているのでしょうか。
その答えを得るために、まず最下流の成長因子を同定しました。これはSSCの自己複製能力を制御するFGF2とGDNFのいずれかになりますが、CDC42 KO 精巣を詳細に解析した結果、GDNFの低下が判明します。そこで、GDNFの発現を制御することが知られているMAP2K1-MAPK1/3シグナル系そしてpMAPK1/3の核内移動に必要な PEA15A について調べたところ、MAP2K1阻害剤処理やPEA15AのノックダウンでGDNFの発現が低下すること、CDC42 KO精巣ではpMAPK1/3が細胞質（正常では核内）に局在することにより、このシグナル系が関与していることがわかりました。詳細は省きますが、さらに篠原先生らは、このMAP2K1-MAPK1/3シグナル系の下流に転写因子 DMRTとSOX8/9 があり、これらが実際にCDC42 KO精巣で発現が下し、GDNFの発現低下につながることを示しています。これらの実験結果によって、CDC42 → MAP2K1-MAPK1/3（PEA15A）→ DMRT・SOX8/9 → GDNF とほぼカスケードがつながりますが、さらに篠原先生らは、レンチウイルス（生殖細胞には入らない）による shRNAスクリーニングによって候補15遺伝子からPafah1bをCDC42の上流因子と同定し、さらにその確認に FRET解析（！）まで用いて念を入れています。
マウスSCCニッチ形成に関わる必須の制御因子CDC42を明らかしたこの論文は、今後、哺乳類のSCCニッチを理解する上で重要な論文として読み継がれることになるでしょう。この論文も含めて、篠原先生の論文はいつも一手一手をがっちりと理論的に進めて、最後にゴールにたどり着くストーリーであり、まさに詰め将棋あるいは犯人を追い詰める推理小説のような趣です。さらに本研究では、GDNF以外の因子のニッチへの関与も示唆されています。実際に単純な GDNF のexogenousな強制発現ではCDC42 KOの表現型はレスキューされません。続編を読みたくさせるという点でも、篠原先生ならではの研究の奥の深さを感じさせる論文です。
（理化学研究所・小倉 淳郎）
Cdc42 is required for male germline niche development in mice.
Mori Y, Takashima S, Kanatsu-Shinohara M, Yi Z, #Shinohara T.
Cell Rep. Volume 36, Issue 7, 17 August 2021, 109550