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The role of DNA methylation in epigenetic barrier between naive and primed state

Research Project

Project/Area Number 23K05607
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 42040:Laboratory animal science-related
Research InstitutionKanazawa Medical University

Principal Investigator

浦 大樹  金沢医科大学, 総合医学研究所, 講師 (90624958)

Project Period (FY) 2023-04-01 – 2026-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000)
Fiscal Year 2025: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Keywordsエピジェネティクス / 細胞分化 / 幹細胞 / DNAメチル化 / エピジェネティックバリアー / 発生
Outline of Research at the Start

マウス多能性幹細胞には、着床前胚から樹立されるESCと着床後から樹立されるEpiSCが知られている。樹立された発生時期の違いから、ESCは胎盤の元となる胚体外内胚葉(XEN)に分化できるのに対し、EpiSCはXENには分化できないことが知られている。DNAメチル化がエピジェネティックバリアーと仮定し、DNAメチル化能が完全に欠損したDnmtトリプルノックアウト(TKO) ESCからEpiSCを樹立し、XEN分化誘導システムにより、DNAメチル化が入っていないTKO EpiSCがXENに分化可能かを検討することで、エピジェネティックバリアーの実体を明らかとすることを目的とする。

Outline of Annual Research Achievements

全能性を持つ受精卵は、発生過程において分化能が制限され、それぞれの細胞が特定の細胞に分化することで個体を形成する。しかしながら持っている遺伝情報は変わることはないことから、後天的な制御であるエピジェネティックな制御(エピジェネティックバリアー)により、特定の遺伝子群の発現を制御することによって分化能を制限し、正常に発生しているといったエピジェネティックランドスケープが提唱されているが、実体は明らかとなっていない。マウス多能性幹細胞には、着床前胚から樹立されたESCと着床後から樹立されたより分化の進んだEpiSCが知られている。樹立された発生時期の違いから、ESCは胎盤の元となる胚体外内胚葉(XEN)に分化できるのに対し、EpiSCはXENには分化できないことが知られている。エピジェネティックバリアーにより分化運命が決定されており、EpiSCではXENへの分化を制御する遺伝子群が抑制されていると考えられる。抑制性エピジェネティック修飾の1つであるDNAメチル化が着床後、さらにはESCに比べEpiSCで劇的に増加しているため、DNAメチル化がXENへの分化を抑制するエピジェネティックバリアーと仮定した。そこで3つのDNAメチル化酵素(Dnmt)遺伝子を破壊し、DNAメチル化能が完全に欠損したDnmtトリプルノックアウト(TKO) ESCからEpiSCを樹立し、XEN分化誘導システムにより、DNAメチル化が入っていないTKO EpiSCがXENに分化可能かを検討することで、エピジェネティックバリアーの実体がDNAメチル化であるか否かを明らかとすることを目的としている。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

エピジェネティックバリアーの実体がDNAメチル化であるか否かを明らかとするため、DNAメチル化が完全に欠損したDnmt1/3a/3b (TKO) ESCからEpiSCの樹立を行った。樹立できていることを確認するため、マイクロアレイを用いた網羅的発現解析やクロマチン免疫沈降法(ChIP-Seq)による多能性転写因子であるOct3/4の結合部位の解析により、TKO EpiSCは野生型EpiSCと同様にEpiSCの発現パターンに近く、またOct3/4の結合部位もESCではなくEpiSCに類似していることが明らかとなった。これらの結果により、TKO EpiSCが樹立されていることが示されたのでおおむね順調に進展している。

Strategy for Future Research Activity

野生型のEpiSCはESCと異なり胚体外内胚葉(XEN)への分化はエピジェネティックバリアーにより抑制されていること示唆されている。そこで本研究で仮定したエピジェネティックバリアーであるDNAメチル化を完全に欠損したTKO EpiSCをXENへ分化させることでXENへの分化能を検証する。Dnmt1/3a/3b (TKO) EpiSCに分化誘導転写因子であるGata6とグルココルチコイド受容体との融合タンパク質を発現するベクターを導入し、安定的にXENへの分化を誘導できるXEN分化誘導システムを持ったTKO EpiSCを作成し、XENへの分化能を検証する。

Report

(1 results)
  • 2023 Research-status Report
  • Research Products

    (9 results)

All 2023

All Journal Article (9 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 9 results,  Open Access: 7 results)

  • [Journal Article] <scp>Schimmelpenning‐Feuerstein‐Mims</scp> syndrome induced by <i>HRAS</i>?<scp>Gly12Ser</scp> somatic mosaic mutation: Case report and literature review2023

    • Author(s)
      Ono Hiroto、Yamaguchi Reimon、Arai Minako、Togi Sumihito、Ura Hiroki、Niida Yo、Shimizu Akira
    • Journal Title

      The Journal of Dermatology

      Volume: 50 Issue: 9 Pages: 1213-1215

    • DOI

      10.1111/1346-8138.16822

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Clinical Trial on the Safety and Tolerability of Personalized Cancer Vaccines Using Human Platelet Lysate-Induced Antigen-Presenting Cells2023

    • Author(s)
      Koya Terutsugu、Yoshida Kenichi、Togi Misa、Niida Yo、Togi Sumihito、Ura Hiroki、Mizuta Shuichi、Kato Tomohisa、Yamada Sohsuke、Shibata Takeo、Liu Yi-Chang、Yuan Shyng-Shiou、Wu Deng-Chyang、Kobayashi Hirohito、Utsugisawa Taiju、Kanno Hitoshi、Shimodaira Shigetaka
    • Journal Title

      Cancers

      Volume: 15 Issue: 14 Pages: 3627-3627

    • DOI

      10.3390/cancers15143627

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] An optimized cocktail of small molecule inhibitors promotes the maturation of dendritic cells in GM-CSF mouse bone marrow culture2023

    • Author(s)
      Matsuba Shintaro、Ura Hiroki、Saito Fumiji、Ogasawara Chie、Shimodaira Shigetaka、Niida Yo、Onai Nobuyuki
    • Journal Title

      Frontiers in Immunology

      Volume: 14 Pages: 1264609-1264609

    • DOI

      10.3389/fimmu.2023.1264609

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Recessive dystrophic epidermolysis bullosa caused by a novel COL7A1 variant with isodisomy2023

    • Author(s)
      Niida Yo、Kobayashi Azusa、Togi Sumihito、Ura Hiroki
    • Journal Title

      Human Genome Variation

      Volume: 10 Issue: 1

    • DOI

      10.1038/s41439-023-00257-6

    • Related Report
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    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Establishment of human induced pluripotent stem cell lines, KMUGMCi006, from a patient with Tuberous sclerosis complex (TSC) bearing mosaic nonsense mutations in the Tuberous sclerosis complex 2 (TSC2) gene2023

    • Author(s)
      Ura Hiroki、Togi Sumihito、Ozaki Mamoru、Hatanaka Hisayo、Niida Yo
    • Journal Title

      Stem Cell Research

      Volume: 70 Pages: 103129-103129

    • DOI

      10.1016/j.scr.2023.103129

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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Establishment of a human induced pluripotent stem cell line, KMUGMCi007-A, from a patient with prolidase deficiency (PD) bearing homozygous in-frame mutation in the PEPD gene2023

    • Author(s)
      Ura Hiroki、Togi Sumihito、Ozaki Mamoru、Hatanaka Hisayo、Niida Yo
    • Journal Title

      Stem Cell Research

      Volume: 69 Pages: 103075-103075

    • DOI

      10.1016/j.scr.2023.103075

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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Target-capture full-length double-stranded cDNA long-read sequencing through Nanopore revealed novel intron retention in patient with tuberous sclerosis complex2023

    • Author(s)
      Ura Hiroki、Togi Sumihito、Niida Yo
    • Journal Title

      Frontiers in Genetics

      Volume: 14 Pages: 1256064-1256064

    • DOI

      10.3389/fgene.2023.1256064

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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] A Case of Von Hippel-Lindau Disease With Recurrence of Paraganglioma and No Other Associated Symptoms: The Importance of Genetic Testing and Establishing Follow-Up Policies2023

    • Author(s)
      Okada Naoki、Shioya Akihiro、Togi Sumihito、Ura Hiroki、Niida Yo
    • Journal Title

      Cureus

      Volume: - Pages: 50484-50484

    • DOI

      10.7759/cureus.50484

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] SNP Array Screening and Long Range PCR-Based Targeted Next Generation Sequencing for Autosomal Recessive Disease with Consanguinity: Insight from a Case of Xeroderma Pigmentosum Group C2023

    • Author(s)
      Nomura Fumie、Shimizu Akira、Togi Sumihito、Ura Hiroki、Niida Yo
    • Journal Title

      Genes

      Volume: 14 Issue: 11 Pages: 2079-2079

    • DOI

      10.3390/genes14112079

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access

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Published: 2023-04-13   Modified: 2024-12-25  

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