• 検索結果がありません。

In vitro  culture of CD9- and α6-integrin-expressing cells enriched by  magnetic cell sorting from cryptorchid adult and pup testes in mice

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2021

シェア "In vitro  culture of CD9- and α6-integrin-expressing cells enriched by  magnetic cell sorting from cryptorchid adult and pup testes in mice"

Copied!
12
0
0

読み込み中.... (全文を見る)

全文

(1)

In vitro  culture of CD9- and α6-integrin-expressing cells enriched by  magnetic cell sorting from cryptorchid adult and pup testes in mice

Tasuku Mitani 1 , 2 *, Yoshiaki Ozaki 3 , Yusuke Tanaka 3 , Ayako Takeuchi 3 , Kazuhiro Saeki 1 , 3 ,  Hiromi Kato 1 , 2 , Kazuya Matsumoto 1 , 3 , Yoshihiko Hosoi 1 , 3  and Akira Iritani 1 , 2 , 3

Abstract

Recently,  studies  on  cell  surface  markers  of  spermatogonia  in  combination  with  germ  cell  transplantation technique have made possible their functional analysis and the germline stem cells(GS  cell)have established. GS cells are downstream of the stem cells such as ES cells and embryonic germ  cells, namely EG cells, which are derived from PGCs. Therefore, GS cells are expected to be useful for  the  production  of  genetically-modified  animals.  In  this  study,  we  examined  enrichment  of  GS  cells  expressing  CD9  or α6-integrin  from  C57BL/6J  cryptorchid  adult  and  ICR  pup(6-8  dpp)testes  by  magnetic  cell  sorting(MACS)and  cultivation  of  those  cells in vitro.  Flow  cytometric  analyses  demonstrated  that  MACS  effectively  enriched  CD9-positive(CD9+)and  α6-integrin-positive

(α6-integrin+)cells most effectively from pup testis. Therefore, CD9+ and α6-integrin+ cells from pup  testes  were  used  for  the  following  cultivation.  Cells  proliferated  in  the  first  few  days  in  suspension,  subsequently attached to the culture plates and formed colonies after 3-5 days of culture. Those GS-like  cells were passaged on the feeder layers and showed continuous proliferation for more than 2 months. 

Immunocytochemical  and  FCM  analyses  demonstrated  that  those  cells  maintained  the  expression  of  CD9, α6-integrin and Oct4. These findings indicate that the CD9+ and α6-integrin+ cells collected from  mouse pup testes have GS cell properties. Now, transplantation of GS-like cells into testis of recipient W  mice which lack spermatogenesis is under way to evaluate their ability of spermatogenesis.

1 . Introduction

In mammalian germline, several kinds of stem cells have been established. Embryonic stem cells(ES  cells)are  originated  from  the  inner  cell  mass  cells  in  preimplantation  embryos(1 , 2)and  embryonic  germ cells(EG cells)are also derived from PGCs(3). Recently, germline stem cells(GS cell)have been  established  from  spermatogonial  stem  cells(4).  The  relationship  of  GS  cells  to  ES  and  EG  cells  is  physiological  and(epi)genetic  interests(5).  As  spermatogonia  undergo  unique  genetic  and  morphological  changes  to  differentiate  to  functional  gametes,  GS  cells  are  also  anticipated  to  provide  new strategies for producing genetically-modified animals in various species and for medical science.

Studies  on  cell  surface  markers  have  found  several  molecules  specific  to  spermatogonia(6‑9)in  combination  with  germ  cell  transplantation  technique(10 , 11)which  makes  possible  to  analyze  their  function to generate spermatozoa. To date, CD9 and α6-integrin molecules are revealed to be specific  to  spermatogonia  and  using  antibodies  against  these  molecules  they  can  be  highly  purified  by  cell  sorting methods(6‑9).

1. Institute of Advanced Technology, Kinki University and 2. Gene Control Corporation, Kainan, Wakayama 642-0017, Japan 3. Department of Genetic Engineering, Kinki University, Kinokawa, Wakayama 649-6493, Japan

(2)

In  this  study,  with  a  view  to  further  application  to  various  animals,  we  examined  enrichment  and  cultivation  of  mouse  spermatogonial  cells  collected  from  cryptorchid  adult  testes(7 , 12 , 13)and  pup  testes(13)by magnetic cell sorting(MACS)method(14). In the cryptorchid testis, which is hung inside  the body at high temperature, differentiating spermatocytes are eliminated by apoptosis due to its body  temperature(15 , 16). In the pup testis until a week after birth, spermatogenesis has not yet started and  such  testis  dominantly  contains  undifferentiated  spermatogonia(17 , 18).  Enrichment  of  the  cells  expressing  either  CD9  or  α6-integrin  molecules  were  performed  by  MACS.  In  the  first  experiment,  in  order to examine the efficacy of enrichment of spermatogonia, MACS-fractionated cells were analyzed  the expression of target molecules using a flow cytometry(FCM). In the second experiment, we did in vitro culture of the cells.

2 . Materials and Methods

Preparation of testicular cells

Testis  cells  were  collected  from  C57BL/6J(Clea-Japan)cryptorchid  at  2-3  months  after  surgery

(Fig. 1 a)or non-treated adult testes and ICR(Clea-Japan)pup testes at 6-8 days postpartum(dpp)

according to previous reports(12 , 13). In brief, testes were removed their capsule and digested by 0.1% 

collagenase  at  32℃  for  15  min,  followed  by  0.25%  trypsin/0.53  mM  EDTA  at  37℃  for  15  min  with  gentle  shaking.  Dissociated  cells  were  filtrated  through  glass-wool  column  followed  by  a  cell  strainer

(Falcon352340)(BD  Bioscience,  NJ).  They  were  then  treated  either  with  biotin-conjugated  rat  anti- mouse  CD9  antibody(KMC8,  BD  Bioscience,  NJ)or  rat  anti-human  α6-integrin  antibody(GoH3,  BD  Bioscience, NJ), whose antigen is localized on the surface of spermatognia, followed by the streptavidin- microbeads(Miltenyi  Biotec,  Germany)or  the  anti-rat  IgG-microbeads(Miltenyi  Biotec,  Germany)

treatment.  The  cell  suspension  was  passed  through  a  MACS-separation  column  according  to  manufacturer s instruction.

Indirect immunofluorescence

Cultured cells were fixed in 4% paraformaldehyde in PBS for 30 min at room temperature(RT). Fixed  samples  were  washed  3  times  in  PBS/0.1%BSA  for  every  10  min.  Immediately  before  staining,  the  samples  were  incubated  in  blocking  solution(5%  skim  milk  in  PBS)for  1  h  at  RT.  After  removing  blocking  buffer  by  washing  in  PBS/0.1%BSA  3  times  for  10  min,  they  were  incubated  with  biotin- conjugated  rat  anti-mouse  CD9  antibody(KMC8,  BD  Bioscience,  NJ)or  rat  anti-human  α6-integrin  antibody(GoH3,  BD  Bioscience,  NJ)at  a  1/200  dilution  overnight  at  4℃.  The  samples  were  again  washed in PBS/0.1%BSA 3 times for 10 min. They were then incubated with the secondary antibodies,  streptoavidin-FITC  conjugate(BD  Bioscience,  NJ)or  TRITC-conjugated  rabbit  anti-rat  IgG  antibody

(T-4280, SIGMA-ALDRICH, MO)at a 1/1000 dilution for 1 h at 4℃. After removing excess antibodies  by washing in PBS/0.1%BSA 3 times for 10 min, immunostained samples were subsequently mounted  with  glycerol  or  mounting  medium  containing  DAPI(H-1200,  VECTASHIELD).  The  specimens  were  analyzed using fluorescent microscopes.

(3)

Immunocytochemistry

Cultured cells were fixed in 4% paraformaldehyde in PBS for 30 min at RT. Samples were washed in  PBS for 10 min, permeabilized by treatments in 0.1% Triton X-100 in PBS(0.1%PBT)3 times for 10  min,  then  quenched  in  5%  H2O2  in  cold  methanol  for  30  min  and  washed  3  times  in  0.1%PBT  for  10  min. Samples were then incubated for 1 h in a blocking solution(5% skim milk in 0.1%PBT)at RT and  washed  3  times  in  0.1%PBT  for  10  min.  The  samples  were  then  incubated  with  goat  anti-Oct4  polyclonal antibody(N-19, Santa Cruz Biotechnology, CA)at a 1/100 dilution overnight at 4℃. After  washing 3 times in 0.1%PBT for 10 min, the samples were incubated with HRP-conjugated donkey anti- goat IgG polyclonal antibody(AP180P, CHEMICON, CA)overnight at 4℃, washed 3 times in 0.1%PBT  for  10  min  and  stained  using  a  HRP  staining  kit(Kirkegaard  &  Perry  Laboratories).  The  specimens  were mounted with glycerol and analyzed using fluorescent microscopes.

Flow cytometric analyses

Flow cytometric analyses were performed on MACS-fractionated cells and cultured cells using a FACS- Calibur  system(BD  Biosciences,  CA).  Briefly,  MACS-fractionated  cells  and  cultured  cells  were  suspended in 0.1 ml of PBS/1%FBS.  To identify CD9-positive cells, the cells were incubated with biotin- conjugated rat anti-mouse CD9 antibody(KMC8, BD Bioscience, NJ)at a 1/200 dilution for 1 h at RT,  and  subsequently washed  twice in PBS/1%FBS. The cells were then  incubated with streptoavidin-FITC  conjugate(554060, BD Bioscience, NJ)as the secondary antibody at a 1/1000 dilution for 1 h on ice. 

To identify α6-integrin-positive cells, the cells were treated with rat anti-human α6-integrin antibody

(GoH3,  BD  Bioscience,  NJ)at  a  1/200  dilution  followed  by  TRITC-conjugated  rabbit  anti-rat  IgG  antibody(T-4280,  SIGMA-ALDRICH,  MO)at  a  1/500  dilution  in  the  similar  way.  To  remove  excess  FITC-  or  TRITC-conjugated  antibody,  immunostained  cells  were  washed  twice  in  PBS/1%FBS  and  suspended with 1 ml of PBS/1%FBS. Cell suspension was subsequently analyzed using FACS Calibur.

Cell culture

MACS-fractionated cells were cultured on 0.1% gelatin-coated MultiDish(176740, Nunc)with 1-2 x  105  cells/well  in  a  culture  medium  at  37℃  under  5%CO2  in  air  according  to  the  previous  report(4).  Well-grown cells were dissociated by 0.25% trypsin/0.53 mM EDTA treatment and plated on mitomycin  C-inactivated  primary  mouse  embryonic  fibroblast  cells(termed  feeder  cell  layers).  Culture  medium  was  StemPro34-SFM(Invitrogen,  CA)supplemented  with  StemPro  supplement(Invitrogen,  CA),  1% 

FBS, BSA(5 mg/ml), MEM-vitamin solution(Invitrogen, CA), MEM-non essential amino acids(Invitrogen,  CA),  mouse  leukemia  inhibitory  factor(mLIF)(ESGRO,  103U/ml)(CHEMICON,  CA),  rat  glial  cell- derived  neurotrophic  factor(GDNF)(10 ng/ml)(PeproTech,  UK),  bovine  basic  fibroblast  growth  factor(bFGF)(10 ng/ml)(PROGEN  Biotechnik,  Denmark),  mouse  epidermal  growth  factor(EGF)

(20 ng/ml)(PeproTech,  UK),  ascorbic  acid(10‑4M),  d-biotin(10μg/ml),  putrescine(60μM),  β-estradiol(30 ng/ml),  progesterone(60 ng/ml),  D-glucose(6 mg/ml),  pyruvic  acid(30μg/ml),  DL-lactic acid(1μg/ml)and L-glutamine(2 mM).

(4)

3 . Results

Enrichment  of  CD9-  or  α6-integrin-expressing  cells  from  non-treated,  cryptorchid  and  pup  testes   by MACS.

To  determine  conditions  for  preparation  of  spermatogonia  from  testes  using  cell  surface  markers,  MACS-fractionated  cells  were  analyzed  by  FCM  on  enrichment  of  CD9-  or  α6-integrin-positive  cells  from  non-treated  adult,  cryptorchid  adult  and  pup  testes.  Immunofluorescent  staining  visualized  enrichment  of  the  cells  expressing  both  CD9  and  α6-integrin  in  CD9-MACS  fraction(Fig.1b).  Flow  cytometric  analysis  was  then  performed  to  measure  the  efficacy  of  MACS  for  enrichment  of  CD9  and  α6-integrin  expressing  cells.  In  the  case  of  non-treated  adult  testis,  CD9  expressing  cells  were  apparently  enriched  in  CD9-selected  MACS  fraction(Fig. 1c,  upper),  but  CD9-negative  cells  still  dominantly  retained  there.  On  the  other  hand,  in  the  case  of  cryptorchid  testis,  it  was  shown  drastic  decrease of CD9 negative cells in MACS fractionated population(Fig.1c, lower). Pup testes were also  examined in the similar way. As shown in Fig. 1d, both in the case of CD9 and α6-integrin selection by  MACS, the cells expressing those molecules were quite effectively separated from negative cells for CD9

(Fig.1d,  middle)or  α6-integrin(Fig.1d,  right).  These  results  indicate  that  spermatoginia  were  enriched most effectively from pup testes. Therefore, pup testes were used to collect sprematogonia for  in vitro culture.

Morphological and immunocytochemical analyses of α6-integrin selected cells cultured in vitro.

MACS fractionated cells were then cultured on gelatin-coated plates at 37℃. The cells initially floated  for  a  few  days  and  then  gradually  settled  down  on  the  culture  plate.  They  loosely  attached  on  flat  somatic cells which were mixed in MACS selected fraction and began colonization after about 5 days of  culture.  After  about  2  weeks,  well-grown  cells  were  allowed  to  be  passaged  onto  feeder  cell  layers

(Fig. 2a-c).  Thereafter,  the  cells  were  passaged  onto  fresh  feeder  cell  layers  every  7  to  10  days

(Fig. 2d , j).  In  this  culture,  expression  of  CD9,  α6-integrin  and  Oct4  was  examined  by  FCM  and  immunocytochemistry. As shown in Fig.2e-i, the expression of CD9 and α6-integrin maintained in the  primary culture cells on 14 days of culture and Oct4 expression was also observed in those colonized  cells.  These  colonies  were  then  dissociated  and  passaged  onto  another  plates  with  feeder  cell  layers. 

The  cells  colonized  again  and  showed  CD9,  α6-integrin  and  Oct4  expressions  on  21  days  of  culture

(Fig.2k-o)and those molecules were still expressed after one month of culture(not shown).

Flow cytometric analysis of CD9- and α6-integrin-selected cells cultured in vitro.

To evaluate the expression profile of CD9 and α6-integrin in long term culture, the cells derived from  α6-integrin-selected cells were examined by FCM. Expression of both CD9 and α6-integrin on cultured  cells was maintained for at least 20 days(Fig. 3a). Further expression of CD9 in α6-integrin-selected  cells was confirmed for at least about 2 months in the cells derived from CD9-selected cells(Fig.3b). 

These results indicated that cultured cells maintained undifferentiated spermatogonial characteristics.

(5)

Fig. 1.  Flow cytometric analysis of MACS-treated fractions on enrichment and cellular characteristics.

  ( a )Appearance of cryptorchid testis 2 months after surgery. The size of cryptorchid testis(left) 

appears  small  compared  to  normal  testis(right).( b )Fluorescent  images  of  cells  fractionated  by  MACS  using  anti-CD9  antibody  followed  by  cytospin  preparation.( c , d ) Enrichment  of  CD9+  and  α6-integrin+  cells  from  non-treated,  cryptorchid  and  pup  testes  by  MACS.  Comparison  of  purification  of  CD9+  cells  between  non-treated  and  cryptorchid  adult  testes( c ). Although drastic decrease of CD9-negative cells in MACS fractionated population  was  shown  in  cryptorchid  testis,  they  still  retained  in  MACS  fraction  in  half.  On  the  other  hand, both in the case of CD9( d , middle)and  α6-integrin( d , right)selections by MACS,  the  cells  expressing  those  molecules  were  quite  effectively  separated  from  negative  cells  in  pup testis.

(6)

Fig. 2.  In vitro  culture  of  α6-integrin+  cells  collected  from  pup  testes.( a - d   and  j )Morphology  of α6-integrin-selected  cells  in in vitro  culture.  Plated  cells( a ,  at  1  day  cultured in vitro

(1 DIV))progressed cell division slowly( b , at 3DIV)and formed colonies( c , at 14 DIV). 

D i s p e r s e d   c e l l s ( d ,   a t   1 5   D I V ) c o l o n i z e d   a g a i n ( j ,   a t   2 0   D I V ).( e - i   a n d   k - o ) Immunocytochemical analysis on expressions of CD9, α6-integrin and Oct4 in cultured cells  at  14  DIV( e - i )and  21  DIV( k - o ).  Colonies  at  14  DIV  consisted  of  the  cells  with  euchromatin  strongly  stained  with  DAPI( e ,  h )expressed  CD9( f )and  α6-integrin( i ). 

Colonies like bunch at 21 DIV( k , n )expressed CD9(1)and α6-integrin( o ). Expression  of Oct4 was detected in nuclei of the colonized cells at 14 DIV( g )and 21 DIV(m).(Scale  bar; 25μm)

(7)

4 . Discussion

Our  results  show  that  MACS  system  could  effectively  enrich  the  cells  expressing  either  CD9  or  α6-integrin  molecule  and  that  MACS-fractionated  cells  could  proliferate  with  undifferentiated  sprematogonial characteristics for long-term on the feeder cell layers, as demonstrated in other studies

(4 , 5 , 9 , 19 , 20).  Regarding  to  preparation  of  spermatogonia,  pup  testes  showed  the  most  effective  enrichment rather than cryptorchid testes. This might be because spermatogenesis in pup testis has not  yet  started.  In  male  germline  in  mice,  primordial  germ  cells(PGCs)first  appear  at  embryonic  day  7

(7dpc)in the extraembryonic region named allantois(21). Then they migrate into the genital ridge and  form  gonads  with  stromal  cells  by  11.5 dpc.  Male  PGCs  proliferate  mitotically  in  the  gonads  and  subsequently  enter  G0/G1  arrest  until  birth.  Just  after  birth(0.5 dpp),  arresting  germ  cells  

(gonocytes)resume mitosis and by several days after birth they locate on the basement membrane in  seminiferous tubule to develop into spermatogonial stem cells(SSCs). In the previous reports, GS cells  were established from neonatal testis(4 , 5), but in these cases, there was still a possibility that they were  Fig. 3. Flow  cytometric  analysis  of  expression  of  CD9  and  α6-integrin  on  MACS-selected  cells 

cultured in vitro.( a )Cultured  cells  for  20  DIV  in  passage-1  maintained  expression  both  of  CD9(left)and α6-integrin(right).( b )Cultured cells at 27 DIV(left)and 58 DIV(right)

demonstrated  the  expression  of  CD9.  Controls  ;  The  cells  treated  only  with  FITC-conjugated  2nd antibody. 

(8)

derived from PGCs which remained in neonatal testis or gonocytes. Kubota et al.(9)showed that GS cells  were derived from SSCs in pup testis at 4.5-7.5 dpp enriched by MACS for Thy-1 which is expressed on  SSC.  Although  we  have  not  yet  examined  the  potency  of  the  cultured  cells  to  generate  sperm  by  transplantation into recipient testis, our results indicate that enrichment of spermatogonia by MACS for  CD9  or  α6-integrin  successfully  derived  GS  cells  from  pup  testis.  We  also  demonstrated  that  cryptorchid adult testis effectively enriched sprematognia in vivo but it seemed to be still inadequate for  purifying  spermatogonia  via  MACS(Fig. 1b).  On  the  other  hand,  the  previous  report  by  Ogawa  et  al.(18)demonstrated that GS cells could be established from spermatogonia collected from adult testis  by  enrichment  by  serial  recovery  of  floating  cells  left  overnight  on  gelatin-coated  plates.  It  was  estimated  that  the  ratio  of  SSCs  in  adult  testis  is  quite  low,  0.01%  of  germ  cells  in  the  testis(22).  Nevertheless,  adult  testis  contains  spermatogonia  quite  more  than  pup  and  neonatal  one.  Therefore,  adult testis is thought to be preferable source for collecting SSCs. The combination of cryptorchid testis,  MACS and gelatin-coat treatment might develop more effective enrichment of spermatogonia from adult  testis.

When MACS-fractionated cells were plated on gelatin-coated culture plates, somatic cells which had  remained  in  the  MACS  column  attached  and  grew  faster  than  spermatogonia  and  might  act  on  spermatogonia as supporting cells. On those somatic cells, spermatogonia attached loosely and started  cell division to form colonies. It was noted that appearance of the colonies was quite different from that  of embryonic germ(EG)cells and rather the cells showed round shape and clear outline as shown in  Fig. 2.  This  observation  might  suggest  that  they  were  not  derived  from  PGCs.  Those  colonies  were  allowed to be dispersed by trypsinization. The dissociated single cells started cell division on the feeder  cell layers and proliferated in the similar way for long-term and they maintained expression of CD9 and  α6-integrin beyond several passages. Now, transplantation of those cells into testis of WBB6F1W/Wv  mice, which lack spermatogenesis due to its defect of c-kit gene, is under way and the potency of the  cultured cells in the present study would be evaluated in the near future. Recently, it has been reported  that, although GS cells itself was restricted its ability only to differentiate to sperm, they happened to  change  their  morphology  like  ES  cells  and  subsequently  acquired  multipotency  to  generate  chimeric  mice  by  injecting  into  blastocysts.  This  ES-like  cells  were  named  multipotent  GS(mGS)cells(5).  This  transformed  mGS  cells  have  been  always  generated  at  least  about  2  months  after  culture.  We  have  already cultured GS-like cells for about 2 months, but such ES-like colonies have not yet appeared.

GS cells have quite valuable features both for basic and applied science and technology. In the study  of  gametegenesis,  GS  cells  provide  a  unique in vitro  model  system  to  figure  out  its  molecular  mechanisms, which would be helpful for clinical application. For example, gene silencing technology by  RNA  interference(RNAi)in  ES  cells  provide  a  novel  strategy  to  produce  knockdown  mice   and  knockdown  mice  of  superoxide  dismutase  1(SOD1),  which  mutation  induces  autosomal  dominant  disease,  familial  amyotrophic  lateral  sclerosis(ALS),  demonstrated  drastic  prevention  of  the  development  of  familial  ALS(23).  As  lots  of  genes  expressed  during  spermatogenesis  remain  to  be  solved  their  function,  gene  silencing  by  RNAi  in  GS  cells  would  provide  powerful  tool  to  analyze  the  function  of  certain  target  genes.  Other  genetic  manipulation  techniques  such  as  homologous  recombination  and  viral  vectors(24 , 25)would  be  also  available  for  GS  cell  manipulation.  Such  genetic  manipulations  in  GS  cells  would  be  applied  for  producing  transgenic  animals  in  combination  with 

(9)

transplantation into testis. Theoretically, after genetic manipulation with GS cells, genetically-modified  sperm would be generated in half, which would result in 50% of offspring to be transgenic when W/Wv  mice  were  used  as  recipients.  Indeed,  using  this  strategy,  Shinohara et al.(26)demonstrated  the  production of transgenic mice by natural mating with efficacy of about 50%. Therefore, it is expected  that optimization of culture condition of spermatogonia would give rise to GS cells as a novel material  for  genetic  manipulation  in  various  species  including  cattle(27 , 28).  However,  so  far,  it  still  remains  impossible  to  induce  spermatogenesis  in  other  species  except  rat  and  hamster  completely  in  mouse  testis after transplantation although they could survive in recipient testis for more than several weeks

(29‑32). This might be because of incompatibility of cytokines and some other molecules between germ  cells  and  their  environment  rather  than  immunological  reactions(33).  To  overcome  this  difficulty,  induction of spermatogenesis in vitro at least until producing haploid germ cells could be useful. Finally,  again, establishment of GS cells and induction of their spermatogenesis in other species represents an  essential  tool  that  will  provide  answers  to  many  questions  and  enhance  progress  in  the  life  sciences. 

Furthermore,  this  fascinating  technology  is  surely  to  develop  new  horizon  in  clinical  and  industrial  applications in future.

5 . Acknowledgements

We appreciate technical suggestions from Dr. T Ogawa at Yokohama City University. This work was  supported  by  the  Wakayama  Prefecture  Collaboration  of  Regional  Entities  for  the  Advanced  of  Technological Excellence, JST, by a Grant-in-Aid for the 21st Century Center of Excellence Program of  the MEXT, Japan, and by a Grant-in-Aid for Scientific Research(15580251)from the Japan Society for  the Promotion of Science.

6 . References

1 . Evans  MJ  and  Kaufman  MH.(1981).  Establishment  in  culture  of  pluripotential  cell  line  from  mouse embryos. Nature 292, 154-156.

2 . Martin GR.(1981). Isolation of a pluripotential cell line from early mouse embryos cultured in vitro  in medium conditioned by teratocarcinoma stem cells. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 78, 7634-7638.

3 . Matsui Y, Zsebo K and Hogan BL.(1992). Derivation of pluripotential embryonic stem cells from  murine primordial germ cells in culture. Cell 70, 841-847. 

4 . Kanatsu-Shinohara M, Ogonuki N, Inoue K, Miki H, Ogura A, Toyokuni S and Shinohara T.(2003). 

Long-term proliferation in culture germline transmission of mouse male germline stem cells. Biol. 

Reprod. 69, 612-616.

5 . Kanatsu-Shinohara M, Inoue K, Lee J, Yoshimoto M, Ogonuki N, Miki H, Baba S, Kato T, Kazuki Y,  Toyokuni  S,  Toyoshima  M,  Niwa  O,  Oshimura  M,  Heike  T,  Nakahata  T,  Ishino  F,  Ogura  A  and  Shinohara  T.(2004).  Generation  of  pluripotent  stem  cells  from  neonatal  mouse  testis.  Cell  119,  1001-1012.

6 . Shinohara T, Avarbock MR and Brinster RL.(1999). β1- and α6-intergrin are surface markers on  mouse spermatogonial stem cells. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 96, 5504-5509.

(10)

7 . Shinohara T, Orwig KE, Avarbock MR and Brinster RL.(2000). Spermatogonial stem cell enrichment  by multiparameter selection of mouse testis cells. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 97, 8346-8351.

8 . Kanatsu-Shinohara M, Toyokuni S and Shinohara T.(2004). CD9 is a surface marker on mouse and  rat male germline stem cells. Biol. Reprod. 70, 70-75.

9 . Kubota  H,  Avarbock  MR  and  Brinster  RL.(2004).  Growth  factors  essential  for  self-renewal  and  expansion of mouse spermatogonial stem cells. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 101, 16489-16494.

10. Brinster  RL  and  Zimmermann  JW.(1994).  Spermatogenesis  following  male  germ-cell  transplantation. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 91, 11298-11302.

11. Brinster  RL  and  Avarbock  MR.(1994).  Germline  transmission  of  donor  haplotype  following  spermatogonial transplantation. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 91, 11303-11307.

12. Shinohara  T,  Avarbock  MR  and  Brinster  RL.(2000). Functional  analysis  of  spermatogonial  stem  cells in steel and cryptorchid infertile mouse models. Dev. Biol. 220, 401-411.

13. Shinohara T, Orwig KE, Avarbock MR and Brinster RL.(2001). Remodeling of the postnatal mouse  testis is accompanied by dramatic changes in stem cell number and niche accessibility. Proc. Natl. 

Acad. Sci. USA 98, 6186-6191.

14. von Schönfeldt V, Krishnamurthy H, Foppiani L and Schlatts.(1999).Magnetic cell sorting is a fast  and  effective  method  of  enriching  viable  spermatogonia  from  djungarian  hamster,  mouse,  and  marmoset monkey testes. Biol. Reprod. 61, 582-589.

15. Nishimune Y, Aizawa S and Komatsu T.(1978). Testicular germ cell differentiation in vivo. Fertil. 

Steril. 29, 95-102.

16. Mendis-Handagama  SMLC  Kerr  JF  and  Kretser  DM.(1990). Experimental  cryptorchidism  in  the  adult mouse: I. Qualitative and quantitative light microscopic morphology. J. Androl. 11, 539-547.

17. Hilscher W and Hilscher B.(1976). Kinetics of the male gametogenesis. Andrologia 8, 105-116.

18. Nagano M and Brinster RL.(1998). Spermatogonial transplantation and reconstitution of donor cell  spermatogenesis in recipient mice. APMIS 106, 47-55.

19. Ogawa  T,  Ohmura  M,  Tamura  Y,  Kita  K,  Ohbo  K,  Suda  T  and  Kubota  Y.(2004).  Derivation  and  morphological  characterization  of  mouse  spermatogonial  stem  cell  lines.  Arch.  Histol.  Cytol.  67,  297-306.

20. Kanatsu-Shinohara M, Miki H, Inoue K, Ogonuki N, Toyokuni S, Ogura A and Shinohara T.(2005). 

Long-term culture of mouse male germline stem cells under serumor feeder-free conditions. Biol. 

Reprod. 72, 985-991.

21. Ginsburg M, Snow MH and McLaren A.(1990). Primordial germ cells in the mouse embryo during  gastrulation. Development 110, 521-528.

22. Nagano  MC.(2003).  Homing  efficiency  and  proliferation  kinetics  of  male  germ  line  stem  cells  following transplantation in mice. Biol. Reprod. 69, 701-707.

23. Saito  Y,  Yokota  T,  Mitani  T,  Ito  K,  Anzai  M,  Miyagishi  M,  Taira  K  and  Mizusawa  H.(2005). 

Transgenic small interfering RNA halts amyotrophic lateral sclerosis in a mouse model. J. Biol. Chem. 

280, 42826-42830.

24. Nagano M, Watson DJ, Ryu BY, Wolfe JH and Brinster RL.(2002). Lentiviral vector transduction of  male germ line stem cells in mice. FEBS Lett. 524, 111-115.

(11)

25. Nagano M, Brinster CJ, Orwig KE, Ryu BY, Avarbock MR and Brinster RL.(2001). Transgenic mice  produced  by  retroviral  transduction  of  male  germ-line  stem  cells.  Proc.  Natl.  Acad.  Sci.  USA  98,  13090-13095.

26. Kanatsu-Shinohara  M,  Toyokuni  S  and  Shinohara  T.(2005).  Genetic  selection  of  mouse  male  germline stem cells in vitro: offspring from single stem cells. Biol. Reprod. 72, 236-240.

27. Izadyar  F,  Spierenberg  GT,  Creemers  LB,  den  Ouden  K  and  de  Rooij  DG.(2002).    Isolation  and  purification of type A spermatogonia from the bovine testis. Reproduction 124, 85-94.

28. Izadyar  F,  Den  Ouden  K,  Creemers  LB,  Posthuma  G,  Parvinen  M  and  de  Rooij  DG.(2003). 

Proliferation  and  differentiation  of  bovine  type  A  spermatogonia  during  long-term  culture.  Biol. 

Reprod. 68, 272-281.

29. Ryu  BY,  Orwig  KE,  Kubota  H,  Avarbock  MR  and  Brinster  RL.(2004).  Phenotypic  and  functional  characteristics of spermatogonial stem cells in rats. Dev. Biol. 274, 158-170.

30. Oatley JM, De Avila DM, Mclean DJ, Griswold MD and Reeves JJ.(2002). Transplantation of bovine  germinal cells into mouse testes. J. Anim. Sci. 80, 1925-1931.

31. Nagano M, McCarrey JR and Brinster RL.(2001). Primate spermatogonial stem cells colonize mouse  testes. Biol. Reprod. 64, 1409-1416.

32. Nagano M.(2002). Long-term survival of human spermatogonial stem cells in mouse testes. Fertil. 

Steril. 78, 1225-1233.

33. Kanatsu-Shinohara M, Ogonuki N, Inoue K, Ogura A, Toyokuni S, Honjo T and Shinohara T.(2003). 

Allogeneic offspring produced by male germ line stem cell transplantation into infertile mouse testis. 

Biol. Reprod. 68, 167-173.

(12)

和 文 抄 録

マウス実験的停留睾丸および幼若精巣から磁気細胞分離法により濃縮した CD9 ならびにα6 インテグリン発現細胞の体外培養

三 谷   匡、尾 崎 嘉 昭、田 中 裕 介、

竹 内 礼 子、佐 伯 和 弘、加 藤 博 己、

松 本 和 也、細 井 美 彦、入 谷   明 

近年、マウスにおいて精子幹細胞(GS 細胞)の樹立が報告されている。GS 細胞は ES 細胞や始原生殖細 胞から派生する EG 細胞のさらに下流に位置する幹細胞であり、遺伝子改変動物の作製に応用できると期 待される。本研究では、分化精子細胞の除去処理(実験的停留睾丸)成体マウス精巣および精子形成がま

だ始まっていないマウス新生仔精巣より、CD9あるいはα6 インテグリンの発現を指標に磁気細胞分離シ

ステム(MACS)により精子幹細胞を濃縮し培養を行った。フローサイトメトリー(FCM)を用いて

MACS 分画の回収率、濃縮率等を解析した結果、MACS によりマウス精巣からの CD9、α6 インテグリン

発現細胞の濃縮効果が示された。また、実験的停留睾丸では CD9陰性細胞集団の混入が多く、幼若マウ

ス精巣では少ないことが示された。そこで幼若マウス精巣より分離濃縮した CD9あるいはα6 インテグ

リン発現細胞の体外培養を行った結果、培養開始後数日間は浮遊状態であったが、3 〜 5 日でコロニーの 形成が見られた。増殖した細胞を継代培養した結果、播種した細胞は増殖を続け、さらに免疫組織化学お よび FCM 解析より、CD 9、α6 インテグリンならびに未分化細胞の特徴的な転写因子である Oct 4 の発 現が継続して観察された。現在、培養条件の適正化とともに、これらの細胞の精子形成能力について精巣 移植法を用いて機能評価を進めている。

参照

関連したドキュメント