In Vitro-Differentiated Embryonic Stem Cells Give Rise to Male Gametes that Can Generate Offspring Mice

Abstract

Male gametes originate from a small population of spermatogonial stem cells (SSCs). These cells are believed to divide infinitely and to support spermatogenesis throughout life in the male. Here, we developed a strategy for the establishment of SSC lines from embryonic stem (ES) cells. These cells are able to undergo meiosis, are able to generate haploid male gametes in vitro, and are functional, as shown by fertilization after intracytoplasmic injection into mouse oocytes. Resulting two-cell embryos were transferred into oviducts, and live mice were born. Six of seven animals developed to adult mice. This is a clear indication that male gametes derived in vitro from ES cells by this strategy are able to induce normal fertilization and development. Our approach provides an accessible in vitro model system for studies of mammalian gametogenesis, as well as for the development of new strategies for the generation of transgenic mice and treatment of infertility.

Downregulation of Col1a1 induces differentiation in mouse spermatogonia

“…24 Stra8 is a vertebrate-specific gene whose expression is crucial for initiation of meiosis in both male and female germ cells 25 and its overexpression is known to promote the in vitro differentiation of mouse embryonic stem cells into spermatozoa. 21,26 Our observations suggest that in response to Col1a1 suppression, the spermatogonial proliferation appeared to be suspended, while their differentiation was trigged. Supporting this notion, levels of c-kit, a hallmark for mouse differentiating spermatogonia, 27,28 and Haprin, novel haploid germ cell-specific gene in the mouse potentially involved in the acrosome reaction, were upregulated.…”

Productionin vitrode cellules germinales murines et humaines à partir de cellules souches pluripotentes

“…[5, 7,13,16,19,22,24,25,27] Cellules Sertoli, cellules Leydig, cellules de la granulosa, cellules de la thèque…”

“…Ainsi, les tentatives de différenciation de cellules souches pluripotentes en gamètes mâles font appel à une sélection de déterminants moléculaires précis. L'haploïdisation des cellules a été rapportée dans quatre études [8,16,17,19] mais sur un nombre restreint de cellules. La différenciation mâle obtenue dans l'ensemble de ces études n'est pas totalement complète (morphologie peu décrite), et la fonctionnalité des cellules germinales obtenues n'a pas encore été testée chez l'humain.…”

“…La différenciation mâle obtenue dans l'ensemble de ces études n'est pas totalement complète (morphologie peu décrite), et la fonctionnalité des cellules germinales obtenues n'a pas encore été testée chez l'humain. En revanche, chez la souris, les expériences d'ICSI se sont révélées encourageantes puisqu'elles aboutissent au développement d'embryons [17,19].…”

Sperme express

“…< aussi capables de coloniser la lignée germinale in vivo après injection dans un blastocyste. Plusieurs laboratoires ont récemment réussi à imposer un destin germinal à des cellules ES dans une boîte de culture [7][8][9][10][11]. Ces GSC dérivées de cellules ES peuvent être différenciées après culture en spermatides ou en ovocytes, suivant la composition chromosomique XY ou XX des cellules ES d'origine.…”