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Chromosome-mediated regulation of reproductive lifespan

Planned Research

Project AreaDynamic reproductive lifespan: Life-long changes and fluctuations in germ cell function and risk for next generation
Project/Area Number 23H04948
Research Category

Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Transformative Research Areas, Section (III)
Research InstitutionInstitute of Physical and Chemical Research

Principal Investigator

北島 智也  国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, 副センター長 (00376641)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 中條 佳見 (河村佳見)  熊本大学, 大学院生命科学研究部(医), 助教 (20505044)
Project Period (FY) 2023-04-01 – 2028-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2025)
Budget Amount *help
¥235,300,000 (Direct Cost: ¥181,000,000、Indirect Cost: ¥54,300,000)
Fiscal Year 2025: ¥45,630,000 (Direct Cost: ¥35,100,000、Indirect Cost: ¥10,530,000)
Fiscal Year 2024: ¥44,720,000 (Direct Cost: ¥34,400,000、Indirect Cost: ¥10,320,000)
Fiscal Year 2023: ¥45,110,000 (Direct Cost: ¥34,700,000、Indirect Cost: ¥10,410,000)
Keywords卵子 / 染色体 / 生殖 / 老化
Outline of Research at the Start

ライフ時間進行に伴う卵母細胞の染色体分配エラーは、卵子の染色体数異常をもたらすことで生殖ライフスパンを規定する。しかし、ライフ時間の進行がどのように染色体分配エラーを引き起こすのかは分かっていない。本研究では、マウス卵母細胞をモデルに①成体期を通した卵母細胞の染色体機能の維持と破綻の解明、②栄養環境による染色体機能の制御の解明、③各染色体の「個性」を介した分配エラーの解明、④染色体分配エラーの防止技術の開発を行う。さらに、分担者と共同で⑤ライフ時間進行が遅いハダカデバネズミを用いた卵母細胞研究を開拓する。

Outline of Annual Research Achievements

ライフ時間の進行が卵母細胞における染色体分配エラーを引き起こすメカニズムを明らかにするために、以下の実験を行った。
まず、マウス卵母細胞においてライフ時間の進行とともに染色体上の量が変動する因子について、卵母細胞特異的に人為的に量を変動させることができる遺伝子改変マウスを確立した。これらの卵母細胞をin vitro培養する系を用いて、定量的抗体染色法による解析を確立した。併せて、卵母細胞に蛍光マーカータンパク質をコードするRNAを注入する系を用い、ライブイメージングを行った。三次元での染色体追跡を含め、染色体動態の特徴を定量的に記述するための解析パイプラインを構築した。
また、マウス卵母細胞において各染色体を個別にラベリングしてライブイメージング解析する系を確立した。CRISPR-dCas9を用いて染色体特異的な内在性DNAリピートを可視化させる技術について材料と条件の検討を重ね、これまでにすべての常染色体とX染色体の個別ラベリングを達成した。これまでに確立していた全染色体の三次元完全追跡技術と、各染色体の同定・追跡解析技術を統合することにより、各染色体の動態を定量的に解析するための解析パイプラインを確立した。正常な染色体分配に至るまでの各染色体の時空間経路の解析についてはすでに解析を一部完了しており、それらをまとめて論文を投稿した。
さらに、ハダカデバネズミを用いた生殖細胞研究の開拓のため、卵母細胞・卵子・受精卵の採取・培養および胚移植法の開発に着手した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

マウス卵母細胞においてライフ時間の進行とともに染色体上の量が変動する因子については、計画通り、卵母細胞特異的に人為的に量を変動させることができる遺伝子改変マウスを確立した。また、各染色体の個別ラベリング技術については、当初の計画どおり技術確立するのみならず、計画以上に進展し、正常な染色体分配へ至る時空間経路の解析を一部完了して論文投稿まで至った。

Strategy for Future Research Activity

マウス卵母細胞においてライフ時間の進行とともに染色体上の量が変動する因子について、確立した遺伝学改変マウスと解析パイプラインを用いて、染色体因子の量を人為的に変動させた卵母細胞と、老化した卵母細胞の間で、染色体動態の特徴比較を行う。
また、マウス卵母細胞において確立した各染色体を個別にラベリングしてライブイメージング解析する系をさらに向上させる。各染色体を網羅的に追跡解析することで、染色体分配エラーに至るまでの時空間経路を見出す。
さらに、ハダカデバネズミを用いた生殖細胞研究の開拓のため、卵母細胞・卵子・受精卵の採取・培養法の最適化および受精卵の遺伝子改変法の開発に着手する。

Report

(1 results)
  • 2023 Annual Research Report
  • Research Products

    (16 results)

All 2024 2023 Other

All Journal Article (3 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 2 results) Presentation (10 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Invited: 9 results) Remarks (3 results)

  • [Journal Article] 老化とともに崩壊する卵母細胞の染色体制御2024

    • Author(s)
      竹之内修、北島智也
    • Volume
      42
    • Pages
      403
    • DOI

      10.18958/7407-00001-0001143-00

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Journal Article] Maternal epigenetic factors in embryonic and postnatal development2023

    • Author(s)
      Nishimura Hiromi、Ikawa Yayoi、Kajikawa Eriko、Shimizu‐Mizuno Natsumi、Hiver Sylvain、Tabata‐Okamoto Namine、Mori Masashi、Kitajima Tomoya、Hayashi Tetsutaro、Yoshimura Mika、Umeda Mana、Nikaido Itoshi、Kurokawa Mineo、Watanabe Toshio、Hamada Hiroshi
    • Journal Title

      Genes to Cells

      Volume: 28 Issue: 6 Pages: 422-432

    • DOI

      10.1111/gtc.13024

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Epigenetic regulation limits competence of pluripotent stem cell‐derived oocytes2023

    • Author(s)
      Aizawa Eishi、Ozonov Evgeniy A、Kawamura Yumiko K、Dumeau Charles‐Etienne、Nagaoka So、Kitajima Tomoya S、Saitou Mitinori、Peters Antoine HFM、Wutz Anton
    • Journal Title

      The EMBO Journal

      Volume: 42 Issue: 23

    • DOI

      10.15252/embj.2023113955

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] 卵子の染色体数異常のメカニズム2024

    • Author(s)
      北島 智也
    • Organizer
      第7回Chubu Cytogenetics Conference(CCC)
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 卵子の染色体数異常のメカニズム2024

    • Author(s)
      北島 智也
    • Organizer
      第4回有性生殖研究会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Chromosome dynamics and aneuploidy in mammalian oocytes2024

    • Author(s)
      Kitajima Tomoya
    • Organizer
      RIKEN International Symposium on Nuclear Structure and Function 2024
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Visualizing chromosome-specific dynamics in oocytes2023

    • Author(s)
      Kitajima Tomoya
    • Organizer
      IGH Summer School, Montpellier University
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Mechanisms of chromosome segregation errors in oocytes2023

    • Author(s)
      Kitajima Tomoya
    • Organizer
      IGH Summer School, Montpellier University
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] The role of the two-pronuclear state in mammalian zygotes2023

    • Author(s)
      Kitajima Tomoya
    • Organizer
      Seminar at Institute of Animal Physiology and Genetics CAS
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 卵子の染色体数異常の細胞生物学的な原因2023

    • Author(s)
      北島 智也
    • Organizer
      第41回日本受精着床学会総会・学術講演会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 卵子の染色体数異常の細胞生物学的な原因2023

    • Author(s)
      北島 智也
    • Organizer
      第26回日本IVF学会学術集会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 生きた卵母細胞における染色体特異的な動態の可視化2023

    • Author(s)
      北島 智也、竹之内 修
    • Organizer
      第96回日本生化学会大会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 卵子の染色体数異常のメカニズム2023

    • Author(s)
      北島 智也
    • Organizer
      新学術領域研究 全能性プログラム:デコーディングからデザインへ 第5回公開シンポジウム
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Invited
  • [Remarks] 理化学研究所 染色体分配研究チームHP

    • URL

      http://chromosegr.riken.jp/index.html

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Remarks] 理化学研究所生命機能科学研究センターHP 染色体分配研究チーム紹介ページ

    • URL

      https://www.bdr.riken.jp/ja/research/labs/kitajima-t/index.html

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Remarks] 理化学研究HP 染色体分配研究チーム紹介ページ

    • URL

      https://www.riken.jp/research/labs/bdr/chromo_segr/

    • Related Report
      2023 Annual Research Report

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Published: 2023-04-13   Modified: 2025-06-20  

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