Mehcanisms for acentrosomal spindle bipolarization in mammalian oocytes

• Project/Area Number: 19K06682
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 44020:Developmental biology-related
• Research Institution: Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: Yoshida Shuhei 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, 上級研究員 (20363997)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2021: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000); Fiscal Year 2020: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2019: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
• Keywords: 染色体分配 / 卵母細胞 / 動原体 / 減数分裂 / 紡錘体

Outline of Research at the Start

哺乳動物の卵母細胞は紡錘体の極性を決定づける中心体を持たず、染色体分配異常がおこりやすい。そして卵母細胞においてどのように紡錘体が中心体非依存的に二極性化するかということは未だ明らかになっていない。近年我々は、マウス卵母細胞の減数第一分裂においては動原体の機能が紡錘体の二極性化に必要であること、そして減数第一分裂と第二分裂では紡錘体の二極性化機構が異なることを見出した。マウス卵母細胞の減数第一分裂と第二分裂における中心体に非依存的な紡錘体の二極性化機構を明らかにすることにより、哺乳動物の卵母細胞において染色体分配異常が起こりやすい原因の解明を目指す。

Outline of Final Research Achievements

Spindle bipolarization is prerequisite for chromosome segregation. However, mammalian oocytes do not have centrosomes which determine polarity of the spindle. Mechanisms for acentrosomal spindle bipolarization in mammalian oocytes have not been cleared yet.
We found that kinetochores are required for spindle bipolarization during meiosis I in mouse oocytes. We also found that spindle is bipolarized by different mechanisms between meiosis I and meiosis II in mouse oocytes. Artificially induced meiosis II-like spindle bipolarization during meiosis I increased chromosome missegregation, indicating kinetochore-based spindle bipolarization is required for faithful chromosome segregation during meiosis I in mouse oocytes.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

哺乳動物の卵母細胞における減数分裂では染色体分配異常が起こりやすく、流産や先天性疾患の原因となる。しかし哺乳動物の卵母細胞における染色体分配に重要な紡錘体の二極性化機構は未だ明らかになっていない。
我々は本研究において、マウス卵母細胞の減数第一分裂では動原体の機能が紡錘体の二極性化に必須であることを見出した。マウス卵母細胞における紡錘体の二極性化機構を明らかにすることは、哺乳動物の卵母細胞において染色体分配異常が起こりやすい原因解明の手掛かりとなることが期待される。

Research Products

• [Journal Article] Stable kinetochore-microtubule attachments restrict MTOC position and spindle elongation in oocytes (2021)
  • Author(s): Courtois Aurelien、Yoshida Shuhei、Takenouchi Osamu、Asai Kohei、Kitajima Tomoya S
  • Journal Title: EMBO reports Volume: 22 Issue: 4
  • DOI: 10.15252/embr.202051400
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Cdk1 negatively regulates the spindle localization of Prc1 in mouse oocytes (2020)
  • Author(s): Nishiyama Sui、Yoshida Shuhei、Kitajima Tomoya S.
  • Journal Title: Genes to Cells Volume: 25 Issue: 10 Pages: 685-694
  • DOI: 10.1111/gtc.12803
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Prc1-rich kinetochores are required for error-free acentrosomal spindle bipolarization during meiosis I in mouse oocytes (2020)
  • Author(s): Shuhei Yoshida, Sui Nishiyama, Lisa Lister, Shu Hashimoto, Tappei Mishina, Aurélien Courtois, Hirohisa Kyogoku, Takaya Abe, Aki Shiraishi, Meenakshi Choudhary, Yoshiharu Nakaoka, Mary Herbert & Tomoya S. Kitajima
  • Journal Title: Nature communications Volume: － Issue: 1 Pages: 2652-2652
  • DOI: 10.1038/s41467-020-16488-y
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] 動原体はどのようにしてマウス卵母細胞の紡錘体を二極性化するのか (2021)
  • Author(s): 吉田周平、北島智也
  • Organizer: 第39回染色体ワークショップ・第19回核ダイナミクス研究会
• [Presentation] 動原体はどのようにしてマウス卵母細胞の紡錘体を二極性化するのか (2021)
  • Author(s): 吉田周平、北島智也
  • Organizer: 第44回日本分子生物学会年会
• [Presentation] Kinetochore-driven bipolar spindle formation in mouse oocytes (2020)
  • Author(s): 吉田 周平、北島 智也
  • Organizer: 第43回日本分子生物学会年会（オンライン）
• [Presentation] 哺乳動物卵母細胞における中心体非依存的な紡錘体二極性化機構 (2019)
  • Author(s): 吉田 周平
  • Organizer: 第42回日本分子生物学会年会