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Inheritance of environmental impacts on DNA methylation through sperm to the next generation embryos

Research Project

Project/Area Number 18K19860
Research Category

Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Medium-sized Section 63:Environmental analyses and evaluation and related fields
Research InstitutionNational Institute for Environmental Studies

Principal Investigator

NOHARA Keiko  国立研究開発法人国立環境研究所, 環境リスク・健康研究センター, フェロー (50160271)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 中林 一彦  国立研究開発法人国立国際医療研究センター, その他部局等, その他 (10415557)
Project Period (FY) 2018-06-29 – 2021-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help
¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2019: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Keywords次世代影響 / DNAメチル化 / 精子 / 胚 / 無機ヒ素 / 妊娠期曝露 / リプログラミング / 初期胚 / 初期化
Outline of Final Research Achievements

We investigate the mechanism of hepatic tumor increase in the F2 generation born to F1 males gestationally exposed to arsenic in mice. DNA methylation changes in sperm are implicated in paternal inheritance of environmental impacts. On the other hand, it is not clarified whether DNA methylation changes caused by environmental impact remain in the embryos through epigenetic reprogramming and reconstitution of methylation after fertilization. We obtained embryos by crossing F1 males gestationally exposed to arsenic and control females of a different strain and analyzed DNA methylation changes using next-generation sequencing in a genome-wide manner. We have clarified that environmentally induced DNA methylation changes in the sperm, such as increase in hypomethylated DNA in retrotransposon LTRs and LINEs, are inherited to the embryos. These results indicate that DNA methylation changes originated from sperm can cause adverse effects in the embryos.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

妊娠期の環境因子の曝露が孫世代やその後の世代の健康に影響を及ぼすことが明らかにされつつあり、生殖細胞のエピジェネティック修飾の変化が影響を伝える原因になることが示唆されている。一方、生殖細胞のエピジェネティック修飾は受精時に初期化を受けることから、環境因子の影響もリセットされるのではという考え方があり、世代を超える影響の機序の考え方は確立されていない。本研究では、大きな脱メチル化・再メチル化を経て再構成される初期胚のDNAメチル化修飾をゲノムワイドに定量的に解析し、環境因子による精子のDNAメチル化変化が胚に受け継がれることを明らかにし、生殖細胞を介した世代を超えた影響の機序の理解を推進した。

Report

(4 results)
  • 2020 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2019 Research-status Report
  • 2018 Research-status Report
  • Research Products

    (16 results)

All 2020 2019 2018 Other

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 2 results) Presentation (12 results) (of which Invited: 4 results) Book (1 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Gestational arsenic exposure induces site-specific DNA hypomethylation in active retrotransposon subfamilies in offspring sperm in mice2020

    • Author(s)
      Nohara Keiko、Nakabayashi Kazuhiko、Okamura Kazuyuki、Suzuki Takehiro、Suzuki Shigekatsu、Hata Kenichiro
    • Journal Title

      Epigenetics & Chromatin

      Volume: 13 Issue: 1 Pages: 53-53

    • DOI

      10.1186/s13072-020-00375-3

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Gestational arsenic exposure and paternal intergenerational epigenetic inheritance2020

    • Author(s)
      Nohara Keiko、Suzuki Takehiro、Okamura Kazuyuki
    • Journal Title

      Toxicology and Applied Pharmacology

      Volume: 409 Pages: 115319-115319

    • DOI

      10.1016/j.taap.2020.115319

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] マウス妊娠期ヒ素曝露によって誘導される仔精子のLINEおよびLTRレトロトランスポゾンのDNAメチル化変化2020

    • Author(s)
      野原恵子,中林一彦,岡村和幸,鈴木武博,秦健一郎
    • Organizer
      第14回日本エピジェネティクス研究会年会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 環境因子の妊娠期曝露による子の精子エピゲノム変化と次世代影響2020

    • Author(s)
      野原恵子
    • Organizer
      環境ホルモン学会第34回講演会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] マウス妊娠期ヒ素曝露による仔精子レトロトランスポゾン転写調節領域のメチル化低下2020

    • Author(s)
      野原恵子、中林一彦、岡村和幸、鈴木武博、秦健一郎
    • Organizer
      第90回日本衛生学会学術総会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 妊娠期ヒ素曝露を受けたF1精子由来のF2初期胚における遺伝子発現変化の検討2019

    • Author(s)
      鈴木武博,岡村和幸,野原恵子
    • Organizer
      第42回日本分子生物学会年会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] マウス妊娠期無機ヒ素曝露による仔精子レトロトランスポゾンのDNAメチル化低下2019

    • Author(s)
      野原恵子,中林一彦,岡村和幸,鈴木武博,秦健一郎
    • Organizer
      第42回日本分子生物学会年会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 無機ヒ素の妊娠期曝露が仔の精子エピゲノム変化を介して次世代に影響を伝えるメカニズムの探索2019

    • Author(s)
      野原恵子
    • Organizer
      日本毒性学会生体金属部会主催メタルバイオサイエンス研究会2019
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] マウス妊娠期無機ヒ素曝露による仔の精子DNAメチル化変化の解析2019

    • Author(s)
      野原恵子, 中林一彦, 岡村和幸, 鈴木武博, 秦健一郎
    • Organizer
      第8回日本DOHaD学会学術集会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] Epigenetics and Environment.2019

    • Author(s)
      Nohara K
    • Organizer
      47th Myanmer Health Research Congress
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] 妊娠期無機ヒ素曝露による孫世代(F2)の肝腫瘍増加に関与する仔世代(F1)精子のエピゲノム変化2018

    • Author(s)
      野原恵子、岡村和幸、鈴木武博、中林一彦、秦健一郎
    • Organizer
      第41回日本分子生物学会年会
    • Related Report
      2018 Research-status Report
  • [Presentation] 妊娠期無機ヒ素曝露の多世代影響とエピジェネティクス2018

    • Author(s)
      野原恵子
    • Organizer
      メタルバイオサイエンス研究会2018
    • Related Report
      2018 Research-status Report
  • [Presentation] 妊娠期化学物質曝露の多世代影響2018

    • Author(s)
      野原恵子
    • Organizer
      第45回日本毒性学会学術年会
    • Related Report
      2018 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] F0マウス妊娠期ヒ素曝露がF1雄を介してF2世代で肝腫瘍を増加させる機序の探索:F1精子のDNAメチル化解析2018

    • Author(s)
      野原恵子,岡村和幸,中林一彦,松下隼也,鈴木武博,市原学,秦健一郎
    • Organizer
      第12回日本エピジェネティクス研究会年会
    • Related Report
      2018 Research-status Report
  • [Book] Chapter 3. Arsenic exposure and reproductive toxicity. In: Yamauchi H, Sun G editors. Arsenic contamination in Asia.2019

    • Author(s)
      Udagawa O, Okamura bK, Siziki T, Nohara K.
    • Total Pages
      14
    • Publisher
      Springer
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Remarks] 妊娠期の化学物質曝露が孫世代の健康に 影響を及ぼすメカニズム

    • URL

      https://www.nies.go.jp/whatsnew/20210108/20210108.html

    • Related Report
      2020 Annual Research Report

URL: 

Published: 2018-07-25   Modified: 2022-01-27  

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