Genome modality in germ cells and its implications in diseases
| Project Area | Genome modality: understanding physical properties of the genome |
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| Project/Area Number |
20H05939
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Transformative Research Areas, Section (III)
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
岡田 由紀 東京大学, 定量生命科学研究所, 教授 (60546430)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
元池 育子 東北大学, 東北メディカル・メガバンク機構, 准教授 (70347178)
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| Project Period (FY) |
2020-11-19 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥131,820,000 (Direct Cost: ¥101,400,000、Indirect Cost: ¥30,420,000)
Fiscal Year 2024: ¥27,690,000 (Direct Cost: ¥21,300,000、Indirect Cost: ¥6,390,000)
Fiscal Year 2023: ¥27,690,000 (Direct Cost: ¥21,300,000、Indirect Cost: ¥6,390,000)
Fiscal Year 2022: ¥27,690,000 (Direct Cost: ¥21,300,000、Indirect Cost: ¥6,390,000)
Fiscal Year 2021: ¥27,170,000 (Direct Cost: ¥20,900,000、Indirect Cost: ¥6,270,000)
Fiscal Year 2020: ¥21,580,000 (Direct Cost: ¥16,600,000、Indirect Cost: ¥4,980,000)
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| Keywords | 精子クロマチン / クロマチン凝縮 / 男性不妊 / in vitro再構成 / ATAC-seq / プロタミン |
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| Outline of Research at the Start |
多くの脊椎動物の精子クロマチンは高度に凝縮しているが、この構造の詳細は未解明である。本研究課題では、精製タンパク質や生化学的に抽出した精子クロマチンを用いて、以下の３つの目標を設定する。(目標１)DNA物性の観点から、精子クロマチンの局所構造を明らかにする; (目標２)精子核内における染色体配置を明らかにし、動物種間比較によりその生物学意義を探る; (目標３)プロタミン凝集異常を定量化し、男性不妊症の理解に繋げる。このように、精子クロマチンを多階層から解析し、その構造や機能を明らかにすることで、ゲノムモダリティ制御の観点から、従来の学術枠では成し得なかった新たな精子学を展開する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では、精製タンパク質や生化学的に抽出した精子クロマチンを用いて、以下の３つの目標を設定している。(目標１)DNA物性の観点から、精子クロマチンの局所構造を明らかにする; (目標２)精子核内染色体配置を明らかにし、種間比較によりその生物学意義を探る; (目標３)プロタミン凝集異常を定量化し、男性不妊症の理解に繋げる。当該年度の実績を如何に記載する。
目標１：精子クロマチンの試験管内再構成と、ex vivo再構成を計画している。後者は二価イオンが精子クロマチン構造に影響するという前年度の実績をもとに、検討する二価イオンの種類を増やし、その影響を詳細に検討した。その結果、精子クロマチンを膨化させるイオンと凝縮させるイオンをそれぞれ見出した。これらイオンは精巣組織内でも精子細胞分化と共に変動することを確認した。次に膨化精子を用いて精子のエピゲノム改変を試みた。脱メチル化酵素を加えた精子は当該メチル化が完全に消失していた。この精子を試験管内で再凝縮させ、顕微授精に供した結果、雄性前核のクロマチン構造異常が認められた。前者は試験管内およびリポソーム内での再構成を、領域内共同研究で実施している。
目標２および３：前年度に実施したマウス精子形成過程のATAC-seq結果との相関を検討するために、分化段階別の詳細なRNA-seqデータを取得した。また精子に多く取り込まれるヒストンバリアントH3.3やPRM1/2のChIP-seqを施行し、ヒストン-プロタミン置換の時空間的制御をNGSから明らかにしようとしている。また、プロタミンノックアウトマウスの作製を完了し、クロマチン異常がみられる時期を詳細に特定することができた。現在はノックアウトマウスについてもcomprehensiveなNGSデータを取得中である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
１）試験管内再構成に必要な機器が2022年に納品され、これについては現在機器やサンプルのセットアップ中でデータはない。一方で代替策のリポソームおよびHS-AFMを用いた解析が領域内共同研究で進行中である。さらにex vivo再構成は精子クロマチン構造に影響を与える二価イオンの同定とその組織内挙動を明らかにした。さらにエピゲノム改変精子の作製に成功し、in vivoの表現型（受精卵での挙動）を確認するところまで至った。
２）当初予定していたFISH解析を後回しにし、当該年度はNGSによるcomprehensiveなデータ収集に注力した。KOマウスのデータなども加えることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
目標１：さらに多種のエピゲノム改変精子を作製し、その受精卵での挙動や胚発生への影響を検討する。これには実験処理によるDNAダメージを軽減することが必須で、現在手法の改良に取り組んでいる。In vitro再構成は共同研究を主体に進める。
目標２：精子の動物種間比較としてブタやツメガエル精子のATAC-seqを予定していたが、条件検討の過程で、精子クロマチンの核内配置に関与すると考えられる新規の知見が見つかったため、今後はその知見を掘り下げ、精子クロマチン配置機序の詳細について解析する（研究手法の変更であり、目標・目的に変更はない）。
目標３：プロタミン欠損マウス精子にDNAダメージが入る機序の解析を行うことで、ヒト不妊症の発症機序理解に繋げる。
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Report
(2 results)
Research Products
(8 results)
