ほ乳類の性決定エピゲノムにおける細胞内鉄代謝の役割

• Project/Area Number: 23K05732
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 43050:Genome biology-related
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 岡下 修己 大阪大学, 大学院生命機能研究科, 助教 (10757933)
• Project Period (FY): 2023-04-01 – 2026-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000); Fiscal Year 2025: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2024: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000); Fiscal Year 2023: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
• Keywords: 性決定 / 鉄 / エピジェネティクス / エピゲノム

Outline of Research at the Start

ほ乳類の性決定は胎児の生殖腺に精巣決定因子Sryが発現するか否かで決定し、その発現により個体を雄へと誘導する。これまでに我々は、マウス胎児の性決定に鉄要求性のDNA及びヒストン脱メチル化酵素が重要であることを明らかにしてきた。加えて最近、性決定期の胎児の生殖腺で、鉄の細胞内取り込みや二価鉄の産生を促進する遺伝子群が高発現していることを見出した。そこで本研究では、性決定期の生殖腺における① 鉄量の変化が性決定に影響するのか、② 細胞内鉄代謝が性決定に重要であるか、③ 細胞内鉄代謝の破綻がエピゲノムを変えることで性決定に関わるのかマウスモデルで検証する。

Outline of Annual Research Achievements

鉄は種々の酸化還元酵素の活性に必須であり、個体発生に重要なDNA/ヒストンの脱メチル化も、活性中心に二価鉄(Fe2+)を持つ酵素によって触媒されている。
ほ乳類の性は胎児生殖腺に精巣決定因子Sryが発現するかで決定し、その発現により個体を雄へと誘導する。これまでに我々は、マウス胎児の性決定にDNA /ヒストンの脱メチル化が重要であることを明らかにしてきた。これらの脱メチル化を担うDNA脱メチル化酵素TET2やヒストン脱メチル化酵素JMJD1Aによる酵素反応にもFe2+が必須である。加えて最近、性決定期の生殖腺で、細胞内への鉄の取り込みやFe2+の産生促進に関わる遺伝子群が高発現していることを見出した。この二つの事実を考え合わせ、『DNA /ヒストンの脱メチル化反応は、細胞内の鉄量で律速されている』という、新しい概念を想起するに至った。そこで本研究では、性決定期の生殖腺において、細胞内の鉄量変化がエピゲノム状態を変えることで性決定に影響するのか検証する。
今年度は、『性決定期の生殖腺において鉄量の変化が性決定に影響するのか』を明らかにするために、器官培養法により解析を行なった。鉄キレーターであるDfoを添加した培地でXY型生殖腺を培養したところ、Sryの発現低下に伴う雌型生殖腺への分化(性転換)が観察された。続いて、Dfo添加によるエピゲノム修飾への影響を調べたところ、多くのヒストン修飾が変化していた。一方で、性転換の原因となるSryの遺伝子座では抑制修飾であるH3K9me2の上昇が観察された。以上の結果から、Dfoによる鉄欠乏の誘導はSry遺伝子座のH3K9me2を上昇させ、Sryの発現誘導を阻害することで性転換が引き起こされていることが明らかになった。

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

今年度行う予定であった解析はすべて行うことができ、期待以上の結果も得ることができた。特にトラブルもなく順調に進行できたため、次年度に行う予定であった鉄代謝因子の欠損体の作製にも着手することができた。

Strategy for Future Research Activity

性決定期の生殖腺で高発現している細胞内鉄代謝に関わる遺伝子群の欠損体を作製し解析を行う。具体的には、CRISPR/Cas9システムを用いて各遺伝子をそれぞれ欠損したマウスを作製する。作製できたマウスは随時、性決定への影響を見ていくことで、細胞内鉄代謝が性決定に重要であるか明らかにする予定である。