4D Imaging-based Analysis of Segregation Errors of individually labeled Chromosomes in Mouse Oocytes

• Project/Area Number: 18J01017
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Bio-related chemistry
• Research Institution: Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: 竹之内 修 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, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2018-04-25 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000); Fiscal Year 2020: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2019: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2018: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
• Keywords: chromosome / CRISPR / machine learning / meiosis / oocyte / dCas / labeling / chromosome segregation / 染色体 / 染色体分配 / 卵母細胞 / イメージング / 老化 / 微小管 / 紡錘体 / 減数分裂 / DNA標識 / ライブイメージング / 光遺伝学 / 分子プローブ

Outline of Annual Research Achievements

【CRISPR-Sirius構成タンパク質の精製】細胞内のCRISPR-Sirius構築タンパク質の存在量を安定させるため、厳密に管理された濃度の市販精製dCasを卵母細胞に打ち込んだ。結果、各染色体の標識効率が大きく改善された。次に、Hisタグカラムを用いて、複合タンパク質（sgRNA結合タンパク質と蛍光タンパク質）を大腸菌から精製し、卵母細胞へと導入した。結果、減数分裂の途中で染色体の一部が断片化してしまうことが判明した。精製の際に除去しきれなかった大腸菌由来の成分が、卵母細胞内の染色体のIntegrityに影響を与えていると考えられる。今後、精製タグを変更して再挑戦する。
【染色体分配に影響を与えないイメージング条件の最適化】本研究では、3色の蛍光を同時に検出し、解析を行う。しかし、撮影条件は2色イメージングに最適化されている。3色イメージングを行う場合、励起光による卵母細胞へのダメージが懸念されたため、顕微鏡撮影の条件を最適化した。まず、全てのタイムポイント（3分おき）で、3色の蛍光タンパク質を励起・検出した結果、4割の卵母細胞が減数分裂を途中で停止してしまった（cond.1）。そこで、動態追跡に用いる1色（青）のみを3分おきに、染色体同定に用いる2色（赤と近赤）を30分おきに検出するように撮影条件を変更した。さらに、励起光を可能な限り減弱して撮影を行ったところ、イメージングによる減数分裂の停止を防ぐことができた（cond.2）。この条件において、8%の卵母細胞は減数分裂を途中で停止したが、イメージングを行わずにdish上で培養した場合においても1－2割程度の卵母細胞は減数分裂を途中で停止することが知られているため、イメージングによる影響ではないと考えられる。以上により、cond.2が3色イメージングに最適な実験条件であることを明らかにした。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Presentation] 生きたマウス卵母細胞における個別染色体の動態解析技術の開発 (2019)
  • Author(s): 竹之内 修
  • Organizer: 第 37 回 染色体ワークショップ 第 18 回 核ダイナミクス研究会