Epigenetic regulation of transposable elements leading to sterility phenotype
| Project/Area Number |
23K23811
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| Project/Area Number (Other) |
22H02547 (2022-2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2022-2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 43010:Molecular biology-related
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research (2023-2024)
Keio University (2022) |
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Principal Investigator |
岩崎 由香 国立研究開発法人理化学研究所, 生命医科学研究センター, チームリーダー (80612647)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥17,550,000 (Direct Cost: ¥13,500,000、Indirect Cost: ¥4,050,000)
Fiscal Year 2024: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000)
Fiscal Year 2023: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000)
Fiscal Year 2022: ¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
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| Keywords | 核内構造 / 非コードRNA / トランスポゾン / ヘテロクロマチン / 発生不全 / エピゲノム制御 / 不妊 / ゲノム構造 / 転写制御 / 小分子RNA |
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| Outline of Research at the Start |
PIWIタンパク質と小分子非コードRNAであるpiRNAの複合体は、ゲノムの安定性維持と遺伝情報の伝達に極めて重要な役割を果たす。PIWI-piRNA複合体は生殖組織特異的に機能しトランスポゾンの発現を選択的に抑制する他、PIWI遺伝子欠損個体は哺乳類を含む幅広い生物種において不妊の表現型を示す。PIWI遺伝子の欠損は長期的には確かにトランスポゾンの転移の蓄積によるゲノムの不安定化を引き起こすと考えられるものの、ではなぜ、短期的にも培養細胞の死滅や不妊という重大な表現型をもたらすのか？本研究では、PIWI欠失個体においてエピゲノム状態の異常が不妊に繋がるメカニズムの解明を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、トランスポゾンの脱抑制に伴い引き起こされる不妊の表現型を統一的に説明するメカニズムの解明を目指している。本年度は、ショウジョウバエ並びに哺乳類におけるトランスポゾン発現上昇に伴う不妊を対象に解析を進めた。まず、ショウジョウバエに関しては、テロメアを構成するトランスポゾンであるHet-Aの発現脱抑制が不妊の表現型につながることを新たに見出した（Takeuchi et al., 2022）。これは、濾胞細胞におけるHet-A発現上昇が引き起こす排卵不全が不妊の大きな原因となっていることを見出した。その一方でRNA-seq等の解析から、排卵を抑制する明確な原因遺伝子を同定することはできず、Het-Aの発現上昇がなぜ排卵不全につながるかは今後の研究課題である。哺乳類については、2021年にpiRNAの機能不全がマウス以外の哺乳類雌の不妊を引き起こすことを世界に先駆けて報告した（Hasuwa et al., 2021）。一方で、不妊の表現型を引き起こす分子メカニズムの解析は困難である。そこで今年度は、哺乳類におけるpiRNAの制御機構を明らかにするための培養細胞実験系の構築をすすめた。具体的には、非生殖組織由来の培養細胞を用いて、(1)人工的にPIWI-piRNA転写制御マシナリーをレポーター上にリクルートすることで抑制を再構成する実験系を構築した。この実験系を用いることで、トランスポゾン上に構築されるヘテロクロマチン構造の詳細を理解し、ゲノムワイドな解析と併せてトランスポゾンが引き起こすゲノム上の変化の何が不妊の表現型を引き起こすかを明らかにしていきたい。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度は、ショウジョウバエのテロメア構成トランスポゾンHet-Aに焦点をあてた解析をすすめた。Mod(mdg4)というインシュレータータンパク質のスパイスバリアントMod(mdg4)-Nが、濾胞細胞において、HeT-Aというショウジョウバエテロメアを構成するレトロトランスポゾンを抑制することを明らかにした。さらに重要なことに、このMod(mdg4)-Nによる制御の機能不全は、不妊の表現型を示すことを明らかにした。Mod(mdg4)-Nの標的トランスポゾンはHet-Aのみであることから、わずか1種類のトランスポゾンの脱抑制が不妊という重大な表現型を引き起こしていると考えられる。その一方でRNA-seq等の解析から、排卵を抑制する明確な原因遺伝子を同定することはできず、Het-Aの発現上昇がなぜ排卵不全につながるかは今後の研究課題である。以上の成果を論文として報告した。
さらに哺乳類に関しては、培養細胞を用いた実験系を構築することでトランスポゾンの脱抑制が引き起こすエピジェネティックな制御の何が不妊につながるかの理解を目指す。哺乳類piRNAによる転写抑制の鍵因子として数年前に報告されたSPOCD1を強制的にレポーター上に渓流する実験系を構築した。この実験系では、レポーター上にpiRNAによる制御を模倣したかたちで転写が抑制されることを観察できている。次年度以降もこの実験系を用いた解析をすすめる。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、前年度に引き続き培養細胞系を用いたpiRNAによる制御系を詳細な分子メカニズムにまで踏み込んで解析できる実験系の構築、およびそれを用いた解析をすすめる。前述のとおり、レポーター上にpiRNA経路におけるトランスポゾン転写抑制中核因子であるSPOCD1を渓流することで、piRNAによる制御を模倣したかたちで転写が抑制されることを観察できている。この実験系を用いて、どのような因子が協調して働くことにより転写制御が引き起こされるかをIP-MS解析により同定する。候補因子が同定された際には、それらが果たす機能的な役割を生化学的な実験により明らかにする。さらに候補因子についてノックアウトマウスを作成し、不妊の表現型への寄与を解析すると同時に、エピゲノム解析を用いてゲノムワイドな影響を解明する。
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Report
(1 results)
Research Products
(10 results)
