Analysis and application of totipotent-cell specific genes

• Project/Area Number: 25291053
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Partial Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Developmental biology
• Research Institution: Nagahama Institute of Bio-Science and Technology
• Principal Investigator: Nakamura Toshinobu 長浜バイオ大学, バイオサイエンス学部, 准教授 (80403202)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥18,070,000 (Direct Cost: ¥13,900,000、Indirect Cost: ¥4,170,000); Fiscal Year 2015: ¥5,330,000 (Direct Cost: ¥4,100,000、Indirect Cost: ¥1,230,000); Fiscal Year 2014: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000); Fiscal Year 2013: ¥7,670,000 (Direct Cost: ¥5,900,000、Indirect Cost: ¥1,770,000)
• Keywords: 全能性細胞 / リプログラミング / 胚性遺伝子活性化 / 母性RNA分解 / Pramef12 / 減数分裂 / レチノイン酸シグナル / Klf17 / Btg4

Outline of Final Research Achievements

Sperm and oocyte are highly specified cells to transfer genetic information to next generations, but they attain totipotency by reprograming soon after fertilization. The reprogramming process includes protamine-histone exchange, DNA demethylation, zygotic gene activation, and degradation of maternal RNAs and proteins, and so on. However, mechanisms for acquisition of totipotency are largely unclear despite their biological significance. In this study, we identified the genes specifically expressed in totipotent cells. Among these totipotent-cell-specific genes, we found that Klf17 (Kruppel-like factor 17) and Btg4 (B cell translocation 4) are maternal effect genes required for pre-implantation development. Furthermore, we revealed that Klf17 and Btg4 are involved in zygotic genome activation and clearance of maternal transcripts after fertilization, respectively.

Research Products

• [Journal Article] Trichostatin A specifically improves the aberrant expression of transcription factor genes in embryos produced by somatic cell nuclear transfer. (2015)
  • Author(s): Inoue K, Oikawa M, Kamimura S, Ogonuki N, Nakamura T, Nakano T, Abe K, Ogura A.
  • Journal Title: Sci Rep Volume: 5 Issue: 1 Pages: 10127-10127
  • DOI: 10.1038/srep10127
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Human Dynactin-Associated Protein Transforms NIH3T3 Cells to Generate Highly Vascularized Tumors with Weak Cell-Cell Interaction. (2015)
  • Author(s): Kunoh T, Wang W, Kobayashi H, Matsuzaki D, Togo Y, Tokuyama M, Hosoi M, Koseki K, Wada S, Nagai N, Nakamura T, Nomura S, Hasegawa M, Sasaki R, Mizukami T.
  • Journal Title: PLoS One. Volume: 10(8) Issue: 8 Pages: e0135836-e0135836
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0135836
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Stella controls chromocenter formation through regulation of Daxx expression in 2-cell embryos. (2015)
  • Author(s): Arakawa, T., Nakatani, T., Oda, M., Kimura, Y., Sekita, Y., Kimura, T., Nakamura, T., and Nakano, T.
  • Journal Title: Biochemical and Biophysical Research Communications Volume: 466 Issue: 1 Pages: 60-60
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2015.08.106
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] De novo DNA methylation through the 5'-segment of the H19 ICR maintains its imprint during early embryogenesis (2015)
  • Author(s): Matsuzaki, H., Okamura, E., Takahashi, T., Ushiki, A., Nakamura, T., Nakano, T., Hata, K., Fukamizu, A., and Tanimoto, K.
  • Journal Title: Development Volume: 142 Pages: 3833-3844
  • DOI: 10.1242/dev.126003
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Global DNA hypomethylation coupled to cellular transformation and metastatic ability. (2015)
  • Author(s): Funaki S, Nakamura T, Nakatani T, Umehara H, Nakashima H, Okumura M, Oboki K, Matsumoto K, Saito H, Nakano T.
  • Journal Title: FEBS lett. Volume: 589 Issue: 24PartB Pages: 4053-60
  • DOI: 10.1016/j.febslet.2015.11.020
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Biotin-deficient diet induces chromosome misalignment and spindle defects in mouse oocytes. (2015)
  • Author(s): Tsuji A, Nakamura T, Shibata K.
  • Journal Title: Biosci Biotechnol Biochem. Volume: 79 Issue: 2 Pages: 292-9
  • DOI: 10.1080/09168451.2014.968090
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Dppa3 expression is critical for generation of fully-reprogrammed iPS cells and maintenance of Dlk1-Dio3 imprinting. (2015)
  • Author(s): Xu X et al.
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 6 Issue: 1 Pages: 6008-6008
  • DOI: 10.1038/ncomms7008
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Stella preserves maternal chromosome integrity by inhibiting 5hmC-dependent gammaH2AX accumulation. (2015)
  • Author(s): Nakatani et al.
  • Journal Title: EMBO Reports Volume: 16 Issue: 5 Pages: 582-589
  • DOI: 10.15252/embr.201439427
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Trichostatin A specifically improves the aberrant expression of transcription factor genes in embryos produced by somatic cell nuclear transfer. (2015)
  • Author(s): Inoue K, Oikawa M, Kamimura S, Ogonuki N, Nakamura T, Nakano T, Abe K, Ogura A.
  • Journal Title: Sci Rep Volume: 未定
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Inhibition of maintenance DNA methylation by Stella. (2014)
  • Author(s): Funaki S, Nakamura T, Nakatani T, Umehara H, Nakashima H, Nakano T.
  • Journal Title: Biochem Biophys Res Commun. Volume: 453 Issue: 3 Pages: 455-60
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2014.09.101
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Effects of Dppa3 on DNA methylation dynamics during primordial germ cell development (2013)
  • Author(s): Nakashima H, Kimura T, Kaga Y. Nakatani T, Seki Y, Nakamura T, Nakano T
  • Journal Title: Biol Rep Volume: 88 Issue: 5 Pages: 1-9
  • DOI: 10.1095/biolreprod.112.105932
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] GPAT2, a Mitochondrial Outer Membrane Protein in piRNA Biogenesis in Germline Stem Cells (2013)
  • Author(s): Shiromoto Y, Kuramochi-Miyagawa S, Daiba A, Chuma S, Katanaya A, Nishimura K, Ohtaka M, Nakanishi M, Nakamura T, Yoshinaga K, Asada N, Nakamura S, Yasunaga T, Kojima-Kita K, Itou D, Kimura T, Nakano T
  • Journal Title: RNA Volume: 19 Issue: 6 Pages: 803-810
  • DOI: 10.1261/rna.038521.113
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Critical function of Klf17 for the zygotic genome activation in mice (2016)
  • Author(s): Yui Goto, Asuka Furuta, Kenji Suzuki, Takashi Kohda, Masahito Ikawa, Toshinobu Nakamura
  • Organizer: International Symposium on “Epigenome dynamics and regulation in germ cells”
  • Place of Presentation: Kyoto, Japan
  • Year and Date: 2016-02-17
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 全能性細胞で特異的に発現するKlf17の初期発生における必要性 (2015)
  • Author(s): 後藤 悠比、鈴木 健士、古田 明日香、幸田 尚、伊川 正人、中村 肇伸
  • Organizer: BMB2015（第38回日本分子生物学会年会・第88回日本生化学会大会 合同大会）
  • Place of Presentation: 神戸
  • Year and Date: 2015-12-01
  • Invited
• [Presentation] High-affinity, poly-reactive IgA is required for gut homeostatic maintenance to prevent colitis in mice (2015)
  • Author(s): Shinsaku Okai, Fumihito Usui, Makoto Hasegawa, Toshinobu Nakamura, Kazuya Yamamoto, Eri Nishiyama, Hiroshi Mori, Takuji Yamada, Ken Kurokawa, Tamotsu Kato, Eiji Miyauchi, Hiroshi Ohno, Reiko Shinkura
  • Organizer: BMB2015（第38回日本分子生物学会年会・第88回日本生化学会大会 合同大会）
  • Place of Presentation: 神戸
  • Year and Date: 2015-12-01
• [Presentation] High-affinity, poly-reactive IgA is required for gut homeostatic maintenance to prevent colitis in mice (2015)
  • Author(s): Shinsaku Okai, Fumihito Usui, Makoto Hasegawa, Toshinobu Nakamura, Kazuya Yamamoto, Eri Nishiyama, Hiroshi Mori, Takuji Yamada, Ken Kurokawa, Tamotsu Kato, Eiji Miyauchi, Hiroshi Ohno, Reiko Shinkura
  • Organizer: 第44回日本免疫学会学術集会
  • Place of Presentation: 札幌
  • Year and Date: 2015-11-18
• [Presentation] 全能性細胞で特異的に発現する遺伝子群の機能解析 (2015)
  • Author(s): 中村 肇伸
  • Organizer: 神戸大学農学部 第33回インターゲノミクスセミナー
  • Place of Presentation: 神戸
  • Year and Date: 2015-11-13
  • Invited
• [Presentation] Vitamin B1栄養が卵子の質におよぼす影響 (2015)
  • Author(s): 辻 愛、中村 肇伸、柴田 克己
  • Organizer: 第54回 日本栄養・食糧学会 近畿支部大会
  • Place of Presentation: 神戸
  • Year and Date: 2015-10-10
• [Presentation] Critical functions of totipotent-cell specific genes Klf17 and Btg4 in zygotic reprogramming (2015)
  • Author(s): Kenji Suzuki, Yui Goto, Asuka Furuta, Takashi Kohda, Masahito Ikawa, Toshinobu Nakamura
  • Organizer: The 40th Naito Conference Epigenetics ”From Histone Code to Therapeutic Strategy”
  • Place of Presentation: Sapporo, Japan
  • Year and Date: 2015-09-15
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 全能性細胞で高発現するBtg4の初期発生における必要性 (2015)
  • Author(s): 鈴木 健士、後藤 悠比、古田 明日香、伊川 正人、中村 肇伸
  • Organizer: 文部科学省科学研究費補助金 新学術領域研究「生殖細胞のエピゲノムダイナミクスとその制御」第3回若手勉強会
  • Place of Presentation: 静岡県
  • Year and Date: 2015-07-22
• [Presentation] 初期胚のクロマチン再構成におけるヒストンシャペロンの役割 ～DNA脱メチル化制御因子Stella欠損胚をモデルとして～ (2015)
  • Author(s): 荒川 達彦、中谷 庸寿、小田 昌朗、木村 康義、関田 洋一、木村 透、中村 肇伸、仲野 徹
  • Organizer: 文部科学省科学研究費補助金 新学術領域研究「生殖細胞のエピゲノムダイナミクスとその制御」第3回若手勉強会
  • Place of Presentation: 静岡県
  • Year and Date: 2015-07-22
• [Presentation] マウス受精卵におけるStellaの雌性ゲノム保護とその初期胚発生への重要性 (2015)
  • Author(s): 中谷 庸寿、山縣 一夫、木村 透、小田 昌朗、中島 啓行、堀 真由子、関田 洋一、荒川 達彦、中村 肇伸、仲野 徹
  • Organizer: 第9回日本エピジェネティクス研究会年会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2015-05-25
• [Presentation] Biotin-deficient diet induces abnormal oocyte in mouse (2015)
  • Author(s): Ai Tsuji, Toshinobu Nakamura, Katsumi Shibata
  • Organizer: 12th Asian Congress of Nutrition
  • Place of Presentation: Yokohama
  • Year and Date: 2015-05-14 – 2015-05-18
• [Presentation] Biotin-deficient diet induces abnormal oocyte in mouse (2015)
  • Author(s): Ai Tsuji, Toshinobu Nakamura, Katsumi Shibata
  • Organizer: 12th Asian Congress of Nutrition
  • Place of Presentation: Yokohama, Japan
  • Year and Date: 2015-05-14
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 全能性細胞で高発現する遺伝子群の機能解析 (2015)
  • Author(s): 中村 肇伸、仲野 徹
  • Organizer: CREST「エピゲノム研究に基づく診断・治療へ向けた新技術の創出」研究領域 第4回領域会議
  • Place of Presentation: 大阪
  • Year and Date: 2015-02-21 – 2015-02-22
• [Presentation] エピゲノム成立の分子メカニズムの解明と制御 (2015)
  • Author(s): 仲野 徹、中村 肇伸
  • Organizer: CREST「エピゲノム研究に基づく診断・治療へ向けた新技術の創出」研究領域 第4回領域会議
  • Place of Presentation: 大阪
  • Year and Date: 2015-02-21 – 2015-02-22
  • Invited
• [Presentation] マウスにおけるビオチン欠乏は卵子の質を劣化させる (2014)
  • Author(s): 辻 愛、中村 肇伸、柴田 克己
  • Organizer: 第13回日本栄養改善学会近畿支部学術総会
  • Place of Presentation: 京都
  • Year and Date: 2014-12-07
• [Presentation] Asymmetry in histone H2B O-GlcNAcylation between paternal and maternal chromatin of mouse zygotes (2014)
  • Author(s): 中村 肇伸、鈴木 健士、後藤 悠比、中谷 庸寿、関田 洋一、仲野 徹
  • Organizer: 第37回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 横浜
  • Year and Date: 2014-11-25 – 2014-11-27
• [Presentation] 腸炎モデルマウスに対する腸管ＩｇＡ抗体の作用機序の解明 (2014)
  • Author(s): 岡井 晋作、臼井 文人、野村 慎太郎、中村 肇伸、山本 和也、西山 依里、森 宙史、山田 拓司、黒川 顕、加藤 保、大野 博司、新蔵 礼子
  • Organizer: 第37回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 横浜
  • Year and Date: 2014-11-25 – 2014-11-27
• [Presentation] 初期胚のクロマチン再構成におけるヒストンシャペロンの役割 ～DNA脱メチル化制御因子Stellaの欠損胚をモデルとして～ (2014)
  • Author(s): 荒川 達彦、中谷 庸寿、関田 洋一、木村 透、中村 肇伸、小田 昌朗、仲野 徹
  • Organizer: 第37回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 横浜
  • Year and Date: 2014-11-25 – 2014-11-27
• [Presentation] 受精卵における胚性遺伝子の活性化機構の解明 (2014)
  • Author(s): 中村 肇伸
  • Organizer: 文部科学省科学研究費補助金 新学術領域研究「生殖細胞のエピゲノムダイナミクスとその制御」第2回公開シンポジウム
  • Place of Presentation: 福岡
  • Year and Date: 2014-10-31 – 2014-11-01
  • Invited
• [Presentation] Asymmetry in histone H2B O-GlcNAcylation between paternal and maternal chromatin of mouse zygotes. (2014)
  • Author(s): Toshinobu Nakamura, Kenji Suzuki, Yui gotou, Tsunetoshi Nakatani, Yoichi Sekita, Toru Nakano
  • Organizer: Cold Spring Harbor Laboratory meeting EPIGENETICS & CHROMATIN
  • Place of Presentation: New York, USA
  • Year and Date: 2014-09-09 – 2014-09-13
• [Presentation] Stella preserves maternal chromosome integrity by inhibiting 5hmC-dependent γH2AX accumulation. (2014)
  • Author(s): Tsunetoshi Nakatani, Kazuo Yamagata, Tohru Kimura, Masaaki Oda, Hiroyuki Nakashima, Mayuko Hori, Yoichi Sekita, Tatsuhiko Arakawa, Toshinobu Nakamura, Toru Nakano
  • Organizer: Cold Spring Harbor Laboratory meeting EPIGENETICS & CHROMATIN
  • Place of Presentation: New York, USA
  • Year and Date: 2014-09-09 – 2014-09-13
• [Presentation] トリコスタチンA処理による体細胞核移植クローン胚の転写因子関連遺伝子発現の改善について (2014)
  • Author(s): 井上 貴美子、及川 真実、上村 悟氏、越後貫 成美、中村 肇伸、仲野 徹、小倉 淳郎
  • Organizer: 第107回日本繁殖生物学会大会
  • Place of Presentation: 帯広
  • Year and Date: 2014-08-21 – 2014-08-24
• [Presentation] 初期胚のクロマチン再構成におけるヒストンシャペロンの役割 ～DNA脱メチル化制御因子Stellaの欠損胚をモデルとして～ (2014)
  • Author(s): 荒川 達彦、中谷 庸寿、関田 洋一、木村 透、中村 肇伸、小田 昌朗、仲野 徹
  • Organizer: 第3回大阪大学医学系研究科若手研究フォーラム
  • Place of Presentation: 大阪
  • Year and Date: 2014-07-30
• [Presentation] 全能性細胞で高発現するBtg4の機能解析 (2014)
  • Author(s): 鈴木 健士、後藤 悠比、中村 肇伸
  • Organizer: 文部科学省科学研究費補助金 新学術領域研究「生殖細胞のエピゲノムダイナミクスとその制御」第2回若手勉強会
  • Place of Presentation: つくば
  • Year and Date: 2014-07-16 – 2014-07-18
• [Presentation] 着床前胚におけるKlf17の重要な役割 (2014)
  • Author(s): 後藤 悠比、鈴木 健士、中村 肇伸
  • Organizer: 文部科学省科学研究費補助金 新学術領域研究「生殖細胞のエピゲノムダイナミクスとその制御」第2回若手勉強会
  • Place of Presentation: つくば
  • Year and Date: 2014-07-16 – 2014-07-18
• [Presentation] 受精卵におけるヒストンH2BのN-アセチルグルコサミン修飾 (2014)
  • Author(s): 中村 肇伸、鈴木 健士、後藤 悠比、中谷 庸寿、関田 洋一、仲野 徹
  • Organizer: 第8回日本エピジェネティクス研究会年会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2014-05-25 – 2014-05-27
• [Presentation] 受精卵におけるヒストンH2BのN-アセチルグルコサミン修飾とその意義 (2013)
  • Author(s): 中村 肇伸
  • Organizer: 文部科学省補助金新学術領域研究「生殖細胞のエピゲノムダイナミクスとその制御」第1回公開シンポジウム
  • Place of Presentation: 大阪
  • Invited
• [Presentation] 全能性細胞で高発現するKlf17の機能解析 (2013)
  • Author(s): 後藤 悠比、鈴木 健士、中村 肇伸
  • Organizer: 文部科学省補助金新学術領域研究「生殖細胞のエピゲノムダイナミクスとその制御」第1回公開シンポジウム
  • Place of Presentation: 大阪
• [Presentation] 全能性細胞で高発現するBtg4の機能解析 (2013)
  • Author(s): 鈴木 健士、後藤 悠比、中村 肇伸
  • Organizer: 文部科学省補助金新学術領域研究「生殖細胞のエピゲノムダイナミクスとその制御」第1回公開シンポジウム
  • Place of Presentation: 大阪
• [Presentation] 受精卵における能動的DNA脱メチル化の制御機構の解明 (2013)
  • Author(s): 中村 肇伸
  • Organizer: 大阪大学蛋白質研究所セミナー「DNAメチル化の制御機構-メチル化模様形成、維持と消去」
  • Place of Presentation: 大阪
  • Invited
• [Book] 生体の科学「着床前胚と始原生殖細胞におけるDNAメチル化リプログラミング」 (2015)
  • Author(s): 中村 肇伸
  • Total Pages: 7
  • Publisher: 医学書院
• [Book] 細胞工学「母性因子を用いたiPS細胞の樹立効率と質の改善」 (2015)
  • Author(s): 中村 肇伸
  • Total Pages: 5
  • Publisher: 学研メディカル秀潤社
• [Book] 細胞工学; 母性因子を用いたiPS細胞の樹立効率と質の改善 (2015)
  • Author(s): 中村 肇伸
  • Publisher: 学研メディカル秀潤社
• [Book] 生体の科学; 着床前胚と始原生殖細胞におけるDNAメチル化リプログラミング (2015)
  • Author(s): 中村 肇伸
  • Publisher: 医学書院
• [Book] Stella and zygotic reprogramming; In “Epigenetic Mechanisms in Cellular Reprogramming”, Epigenetics and Human Health series (2015)
  • Author(s): Nakamura T, Nakano T.
  • Total Pages: 12
  • Publisher: Springer
• [Book] 細胞工学「受精後のエピジェネティック制御」 (2014)
  • Author(s): 中村 肇伸
  • Total Pages: 6
  • Publisher: 学研メディカル秀潤社
• [Remarks] 中村肇伸准教授らの共同研究が『Nature communications』に掲載されました
  • URL: http://www.nagahama-i-bio.ac.jp/research/
• [Remarks] [プレスリリース]中村肇伸准教授らの共同研究について
  • URL: http://www.nagahama-i-bio.ac.jp/research/
• [Remarks] 中村肇伸准教授らの共同研究が『Nature communications』に掲載されました
  • URL: http://www.nagahama-i-bio.ac.jp/others/
• [Remarks] Nature communicationsに掲載された論文が新聞で報道されました
  • URL: http://b-lab.nagahama-i-bio.ac.jp/?page_id=203
• [Remarks] 中村肇伸講師が文部科学大臣表彰若手科学者賞を受賞しました
  • URL: http://www.nagahama-i-bio.ac.jp/news/news/2013/04/post_233.html