H3K9脱メチル化エピゲノムによる生殖細胞の機能制御

• Project Area: Analyses and regulation of germline epigenome
• Project/Area Number: 16H01218
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: The University of Tokushima
• Principal Investigator: 立花 誠 徳島大学, 先端酵素学研究所(次世代), 教授 (80303915)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2018-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥9,620,000 (Direct Cost: ¥7,400,000、Indirect Cost: ¥2,220,000); Fiscal Year 2017: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000); Fiscal Year 2016: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000)
• Keywords: 生殖細胞 / ヒストン / 脱メチル化 / 生殖エピゲノム

Outline of Annual Research Achievements

ヒストンH3の9番目のリジン残基（H3K9)のメチル化は、遺伝子発現の抑制状態に強く相関しているエピジェネティックマークである。H3K9のメチル化は、個体発生や細胞分化の過程でダイナミックに変動していることが明らかになりつつある。
本研究の目的は、H3K9の脱メチル化による時間・空間的なH3K9メチル化エピゲノムの再編が生殖細胞の分化に果たす役割を明らかにすることである。私たちは、H3K9脱メチル化酵素であるJmjd1aとJmjd1bを生殖細胞特異的に欠損させたマウスを樹立し、その表現型解析を行なった。Jmjd1a単独欠損マウスでは、精子形成過程の後期、すなわち半数体の生殖細胞の分化不全が観察された。Jmjd1bの単独欠損マウスでは顕著な表現型は観察されなかった。これらに対し、Jmjd1aとJmjd1bの双方を欠損させたマウスでは、生殖細胞の分化の表現型がJmjd1a単独欠損のときよりも重篤化していることが明らかになった。すなわち、出生後2週齢の思春期のマウスの精巣には、生殖細胞が全く存在していなかった。免疫染色の結果から、当該マウスでは雄性生殖細胞の幹細胞が完全に枯渇しており、生殖細胞の維持ができていないことが分かった。遺伝子発現解析を行なった結果、様々な未分化精原細胞のマーカー遺伝子の発現が有意に減少していた。また、減数分裂への移行も阻害されていることが分かった。Jmjd1a/Jmjd1b欠損生殖細胞の分化について、様々な抗体を用いて詳細に検討した結果、未分化精原細胞から分化型精原細胞へと移行する段階で細胞死が誘導されていることがわかった。このことが原因で減数分裂へ移行している細胞が観察されないことが明らかになった。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] University of Kansas Medical Center(米国)
• [Journal Article] Impact of histone demethylase KDM3A-dependent AP-1 transactivity on hepatotumorigenesis induced by PI3K activation (2017)
  • Author(s): Nakatsuka T, Tateishi K, Kudo Y, Yamamoto K, Nakagawa H, Fujiwara H, Takahashi R, Miyabayashi K, Asaoka Y, Tanaka Y, Ijichi H, Hirata Y, Otsuka M, Kato M, Sakai J, Tachibana M, Aburatani H, Shinkai Y, *Koike K.
  • Journal Title: Oncogene Volume: 36 Issue: 45 Pages: 6262
  • DOI: 10.1038/onc.2017.222
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Essential roles of G9a in cell proliferation and differentiation during tooth development. (2017)
  • Author(s): Taichi Kamiunten, Hisashi Ideno, Akemi Shimada, Yoshinori Arai, Tatsuo Terashima, Yasuhiro Tomooka, Yoshii Nakamura, Kazuhisa Nakashima, Hiroshi Kimura, Yoichi Shinkai, Makoto Takchibana, Akira Nifuji
  • Journal Title: Experimental ell Research Volume: 357 Issue: 2 Pages: 202-210
  • DOI: 10.1016/j.yexcr.2017.05.016
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] A HIF-KDM3A-MMP12 regulatory circuit ensures trophoblast plasticity and placental adaptations to hypoxia (2016)
  • Author(s): Chakraborty D, Cui W, Rosario GX, Scott RL, Dhakal P, Renaud SJ, Tachibana M, Rumi MAK, Mason CW, Krieg A, *Soares MJ
  • Journal Title: PNAS Volume: 113 Issue: 46
  • DOI: 10.1073/pnas.1612626113
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] PRDM14 drives OCT-3/4 recruitment via active demethylation in the transition from primed to naive pluripotency (2016)
  • Author(s): Okashita N, Suwa Y, Nishimura O, Sakashita N, Kadota, Nagamatsu G, Kawaguchi M, Kashida H, Nakajima A, Tachibana M, *Seki Y
  • Journal Title: Stem Cell Rep Volume: 7 Issue: 6 Pages: 1072-1086
  • DOI: 10.1016/j.stemcr.2016.10.007
  • NAID: 120007037462
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Pericentric H3K9me3 formation by HP1 interaction-defective histone methyltransferase Suv39h1 (2016)
  • Author(s): Muramatsu D, Kimura H, Kuboshita K, Tachibana M, *Shinkai Y
  • Journal Title: Cell Struct. Funct. Volume: 41 Pages: 145-152
  • NAID: 130005179827
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Epigenetics of Sex Determination in Mammals Tachibana M. (2016)
  • Author(s): Tachibana M.
  • Journal Title: Reproductive Medicine and Biology Volume: 15 Issue: 2 Pages: 59-67
  • DOI: 10.1007/s12522-015-0223-7
  • Peer Reviewed
• [Presentation] エピジェネティック制御によるほ乳類のオス化の仕組み (2017)
  • Author(s): 立花誠
  • Organizer: New Insights of Molecular Genetics on Growth Disorders
  • Place of Presentation: 東京大学医科学研究所(東京都港区)
  • Invited
• [Presentation] Role of H3K9 methylation and demethylation enzymes in mouse development (2017)
  • Author(s): Shunsuke Kuroki and Makoto Tachibana
  • Organizer: 11th International Symposium of The Institute Network, Frontiers in Biomedical Sciences
  • Place of Presentation: 徳島大学藤井節郎記念研究センター（徳島県・徳島市）
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] H3K9メチル化の動的変動によるほ乳類の発生・分化制御 (2016)
  • Author(s): 立花誠
  • Organizer: 第39回日本分子生物学会年会シンポジウム「発生・老化・疾患をつかさどるクロマチンイベント」
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県・横浜市）
  • Invited
• [Presentation] マウス性決定のエピジェネティックな制御機構 (2016)
  • Author(s): 立花誠
  • Organizer: 日本遺伝学会第88回大会シンポジウム「エピジェネティクスの広がり」
  • Place of Presentation: 日本大学国際関係学部（静岡県・三島市）
  • Invited
• [Presentation] Regulation of germ cell development by histone demethylation (2016)
  • Author(s): Shunsuke Kuroki and Makoto Tachibana
  • Organizer: 第1回次世代生命科学の研究会
  • Place of Presentation: 徳島大学藤井節郎記念研究センター（徳島県・徳島市）
• [Presentation] H3K9脱メチル化酵素Jmjd1aとJmjd1bによる雄性生殖細胞の発生制御 (2016)
  • Author(s): 黒木 俊介, 立花 誠
  • Organizer: 第10回日本エピジェネティクス研究会年会
  • Place of Presentation: 千里ライフサイエンスセンター（大阪府・豊中市）
• [Book] エピジェネティクス実験スタンダード (2017)
  • Author(s): 立花誠
  • Total Pages: 9
  • Publisher: 羊土社
• [Remarks] 徳島大学先端酵素学研究所エピゲノム動態学分野
  • URL: https://ouyoukouso01.ait231.tokushima-u.ac.jp/
• [Remarks] 徳島大学先端酵素学研究所 エピゲノム動態学分野 ホームページ
  • URL: https://ouyoukouso01.ait231.tokushima-u.ac.jp/