Elucidation of the molecular mechanisms by which germ cells inactivate the function of polycomb that acts against meiotic onset
| Project/Area Number |
23K27369
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| Project/Area Number (Other) |
23H02678 (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 (2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 48040:Medical biochemistry-related
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| Research Institution | Saitama Medical University |
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Principal Investigator |
奥田 晶彦 埼玉医科大学, 医学部, 教授 (60201993)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
浦西 洸介 埼玉医科大学, 医学部, 助教 (40783238)
鈴木 歩 埼玉医科大学, 医学部, 講師 (80639708)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥18,980,000 (Direct Cost: ¥14,600,000、Indirect Cost: ¥4,380,000)
Fiscal Year 2025: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2024: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000)
Fiscal Year 2023: ¥8,970,000 (Direct Cost: ¥6,900,000、Indirect Cost: ¥2,070,000)
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| Keywords | 生殖細胞 / ES細胞 / 減数分裂 / 非典型的PRC1 / Max / Myc |
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| Outline of Research at the Start |
二倍体の細胞を一倍体の細胞に変える減数分裂は、生殖細胞に特異的な細胞分裂の様式であり、精子・卵子形成過程におけるもっともダイナミックな過程であるといっても過言ではない。この減数分裂自体に関しては、それを支配する分子機構において種間での保存性が高く、その関係で比較的解析が進んでいるが、生殖細胞が体細胞分裂を止めて減数分裂を開始する機構については種間での保存性に乏しく、そのメカニズムについてもほとんどわかっていない。本研究課題では、PRC1.6複合体、中でもその複合体でのコア部分を構成するMAXとMGAタンパク質の機能解析から、哺乳動物におけるこの仕組みの解明を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
私たちは、2016年に、非典型的PRC1複合体の一つであるPRC1.6複合体がES細胞において、減数分裂関連遺伝子群の発現を強力に抑えており、この複合体の構成因子の一つであるMaxタンパク質をコードする遺伝子の破壊により、ES細胞が、生殖細胞ではないにも関わらず、減数分裂関連遺伝子群の発現が高度に上昇するだけではなくて、染色体の形態・構造においても、生殖細胞が減数分裂を開始する際に見られるのとほぼ同じ変化が見られることを報告した。そして、現在に至るまで、私たちは、Max遺伝子を欠失したES細胞で観察された、異所的な減数分裂を規定している分子基盤の解明並びにこの現象の生理的意義の解明を目指して研究を行っている。加えて、これらの研究で得られた研究成果を土台として、生殖細胞で起こっている生理的な減数分裂を支配している分子基盤の解明を目指して研究を行っている。
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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
2023年度における成果は、マウス個体における生殖細胞を用いて得られた結果が主である。一つには、Maxコンディショナルノックアウトマウスを用いた解析から、生殖細胞において特異的にMax遺伝子を破壊することにより、強制的に減数分裂を誘導することができることを明確に示すことができ、その結果、ES細胞での異所的な減数分裂と生殖細胞での生理的な減数分裂は、両者に共通した分子メカニズムにより制御されていることが強く示唆された。その他の結果としては、Maxタンパク質の量の減少が、胎生期における生殖隆起内において時間空間的に制御されていることが知られている雌の生殖細胞での減数分裂と酷似した時間空間的な制御を受けてることを明らかにすることができた。かつ、そのMaxタンパク質の量の低下は、転写レベルで制御されていることを明らかにすることができた。また、ES細胞や体細胞分裂時期にある生殖細胞においてMax遺伝子は、極めて高い発現を呈しているが、それら2種類の異なる細胞の両方において高発現を規定している発現領域をMax遺伝子の近傍に見出した。そして、それらの結果をまとめて、昨年度末(2024年3月)に英文雑誌(Scientific Reports)に報告した。その他、減数分裂関連遺伝子群の発現についてのES細胞での比較的緩い抑制からヘテロクロマチンの構築により、より強固な抑制を獲得するための分子メカニズムの一端を解明することができた。また、生理的な意味は未だ不明であるが、ES細胞において、多能性因子の一つであるNanogタンパク質が減数分裂遺伝子上において、PRC1.6複合体と共存しているケースが多いことを見出した。
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度の研究から、ES細胞と生殖細胞のいずれにおいてもPRC1.6複合体が減数分裂関連遺伝子群の発現を抑制していることが明らかになり、かつ、生殖細胞は、減数分裂を開始に先立って、Maxの発現を低下させることにより、PRC1.6複合体依存的な減数分裂関連遺伝子群に対する発現抑制から解放されていることを明らかにした。但し、生殖細胞がどのようにして、Max遺伝子の発現を低下させているかについては未だ解明できていないので、それについての解明を目指して研究を行う。なお、Max遺伝子の発現の低下は、PRC1.6複合体の機能の低下につながるのみならず、Maxタンパク質を機能する上での必須なパートナーとしているMycタンパク質の機能の低下も伴うので、そのことの、減数分裂の開始における関与の有無についても明らかにすべく研究を実施する。また、私たちは、ES細胞において、PRC1.6複合体により発現が抑制されている減数分裂関連遺伝子群が、細胞の分化に伴って、より強固に抑制されるべく、まず、ヒストンH3の9番目のアミノ酸であるリジンがトリメチル化され、さらには、そのトリメチル化されたヒストンを含む領域が足場となってDNAにメチル化が導入されることについて、まだ論文として発表することはできていないが、昨年度までの研究によりその全容を分子レベルでほぼ解明できているので、本件については、2024年度中での英文論文発表を目指す。かつ、それと同時並行で、PRC1.6複合体とNanogタンパク質の減数分裂関連遺伝子上での共存についての意味及びその背景にある分子基盤の解明を目指す。
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Report
(1 results)
Research Products
(8 results)
