Study on the chromosomal dynamics during meiosis using CRISPR/Cas system

• Project/Area Number: 16J03195
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Genetics/Chromosome dynamics
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 藤原 靖浩 東京大学, 定量生命科学研究所, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2016-04-22 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000); Fiscal Year 2018: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2017: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2016: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
• Keywords: 減数分裂 / 精原幹細胞 / エレクトロポレーション法

Outline of Annual Research Achievements

初年度の受け入れ研究室の閉鎖に伴い受け入れ研究室を変更したため、当初計画していた染色体のイメージング法樹立を変更し、減数分裂におけるクロマチンの制御を司る因子の解析を進めた。当初樹立を目的とした染色体のイメージング法は、減数分裂期の染色体の動体をin vivoで解析することで相同染色体ペアリングの解析に応用することが目的であった。そこで、酵母において染色体の軸構造の重要な因子でありペアリングに関与すると考えられているhop1に着目し、マウスのホモログであるHORMAD1と呼ばれる因子の解析を行った。また、減数分裂における染色体の軸因子としてコヒーシンも重要な機能を有していると考えられているため、HORMAD1の軸構造の形成機序およびコヒーシンとの相互作用における機能の細胞学的な解析を行った。その結果、減数分裂の初期においてHORMAD1は、減数分裂特異的なコヒーシンであるRAD21LやREC8と共局在することを細胞学的な解析から明らかにした。さらに、HORMAD1を欠損することで時期特異的にRAD21Lの軸への局在に異常が現れることが明らかとなった。そして、生化学的な手法からもHORMAD1とコヒーシンとの相互作用があることを確認した。また、HORMAD1を欠損したマウスから得た細胞を観察した結果、相同染色体のペアリングに顕著な異常があることが明らかとなった。したがって、HORMAD1は減数分裂特異的なコヒーシンと直接相互作用することで（１）時期特異的に軸構造に重要な役割を果たし（２）相同染色体のペアリングを促進する二通りの機能を有していることが明らかとなった。本研究結果は、現在論文投稿準備を進めており、著名な国際学術雑誌に投稿予定である。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] ジャクソン研究所(米国)
• [Int'l Joint Research] ヨーテボリ大学(スウェーデン)
• [Journal Article] Hybrid sterility with meiotic metaphase arrest in intersubspecific mouse crosses. (2019)
  • Author(s): Nishino R, Petri S, Handel MA, Kunieda T, Fujiwara Y.
  • Journal Title: J Hered. Volume: 110 Issue: 2 Pages: 183-193
  • DOI: 10.1093/jhered/esy060
  • NAID: 130007485879
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Uncoupling of transcriptomic and cytological differentiation in mouse spermatocytes with impaired meiosis (2019)
  • Author(s): Fine Alexander D.、Ball Robyn L.、Fujiwara Yasuhiro、Handel Mary Ann、Carter Gregory W.
  • Journal Title: Molecular Biology of the Cell Volume: 30 Issue: 5 Pages: 717-728
  • DOI: 10.1091/mbc.e18-10-0681
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A meiosis-specific BRCA2 binding protein recruits recombinases to DNA double-strand breaks to ensure homologous recombination (2019)
  • Author(s): Zhang Jingjing、Fujiwara Yasuhiro、Yamamoto Shohei、Shibuya Hiroki
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 10 Issue: 1 Pages: 722-722
  • DOI: 10.1038/s41467-019-08676-2
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Dissecting the telomere-inner nuclear membrane interface formed in meiosis (2017)
  • Author(s): Pendlebury Devon F、Fujiwara Yasuhiro、Tesmer Valerie M、Smith Eric M、Shibuya Hiroki、Watanabe Yoshinori、Nandakumar Jayakrishnan
  • Journal Title: Nat Struct Mol Biol Volume: 24 Issue: 12 Pages: 1064-1072
  • DOI: 10.1038/nsmb.3493
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] A HORMAD1-RAD21L complex is required for initial homolog recognition and pairing in mouse spermatocytes (2018)
  • Author(s): 藤原靖浩, 澁谷大輝, 岡田由紀, 渡邊嘉典, 石黒啓一郎
  • Organizer: 第41回日本分子生物学会大会
• [Presentation] Hybrid sterility with meiotic metaphase arrest in intersubspecific mouse crosses (2018)
  • Author(s): Yasuhiro Fujiwara, Risako Nishino, Sabrina Petri, Mary Ann Handel, Tetsuo Kunieda
  • Organizer: 第111回 日本繁殖生物学会大会