単一組織スナップショットから生物学的過程の時間変化を解明(Single Tissue Snapshot Reveals Biological Processes Unfolding Over Time)

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2026-05-26 カリフォルニア工科大学(Caltech)

California Institute of Technology の研究チームは、単一時点で採取した組織サンプルから、生体内で時間経過とともに進行する生物学的プロセスを再構築する新解析手法を開発した。研究では、細胞ごとの遺伝子発現や分子状態を詳細に解析し、細胞がどの段階にあるかを推定することで、発生、組織修復、疾患進行などの動的変化を「時間軸付き」で可視化した。従来は長期間にわたる連続観察が必要だったが、新手法は単一組織スナップショットから細胞状態遷移を推定できる点が特徴である。研究者らは、この技術により発生生物学、がん研究、再生医療などで細胞変化過程を高精度に解析できると期待している。特に、疾患進行や治療反応を時間的に追跡できる可能性があり、個別化医療や新規治療法開発への応用が見込まれる。

単一組織スナップショットから生物学的過程の時間変化を解明(Single Tissue Snapshot Reveals Biological Processes Unfolding Over Time)
A graphical abstract shows how Long Cai’s seqFISH technology reveals patters of cell progression during sperm production, including the synchronized cycling of germ and Sertoli cells.Credit: Cai Lab / Caltech

<関連情報>

空間トランスクリプトミクスによって明らかになった精細管上皮周期の時間的構造 The temporal architecture of the seminiferous epithelial cycle revealed by spatial transcriptomics

Arun Chakravorty ∙ Jina Yun ∙ Henry Amrhein ∙ … ∙ Benjamin D. Simons ∙ Shosei Yoshida ∙ Long Cai
Cell  Published:May 15, 2026
DOI:https://doi.org/10.1016/j.cell.2026.04.036

Highlights

  • Spatial transcriptomics reconstructs the seminiferous cycle at single-cell resolution
  • Sertoli cycling synchronizes with spermatogenesis yet persists without germ cells
  • Retinoic acid is a permissive signal required for Sertoli cycle progression
  • Integrative model: germ-cell signals (e.g., Wnt) reinforce intrinsic Sertoli cycling

Summary

Spermatogenesis features the seminiferous epithelial cycle, a periodic progression of germ-cell differentiation along the seminiferous tubules. Using seqFISH+ spatial transcriptomics, we profiled 2,653 genes in 867,062 mouse testis cells, revealing tubule-level transcriptional patterns that recapitulate the cycle and enable high-resolution temporal mapping of cells. Unlike other somatic cells, Sertoli cells exhibit a cyclic transcriptional profile synchronized with spermatogenesis. This cyclicity persists in germ-cell-depleted testes (busulfan and W/Wv), although with gene-specific dephasing and reduced amplitude, supporting an intrinsic Sertoli cyclic program. We identify retinoic acid (RA) as a permissive signal: germ-cell-depleted Sertoli cells cycle RA enzymes, while inhibiting RA synthesis via WIN 18,446 arrests them mid-cycle. Ligand-receptor analysis reveals bidirectional germ-Sertoli signaling. Notably, Wnt inhibition with LGK974 partially recapitulates germ-cell-depletion dephasing and amplitude changes. These findings support an integrative model where an intrinsic Sertoli program maintains baseline periodicity, while germ-cell signals refine the cycle to coordinate spermatogenesis.

細胞遺伝子工学
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