体細胞核の全能性獲得に関わる分子機構

• Project Area: Analyses and regulation of germline epigenome
• Project/Area Number: 16H01222
• 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: Kindai University
• Principal Investigator: 宮本 圭 近畿大学, 生物理工学部, 講師 (40740684)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (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: 全能性 / 初期化 / マウス / 核移植 / リプログラミング

Outline of Annual Research Achievements

卵子は精子との受精後に全ての細胞へと分化する能力である全能性を獲得する。一方、分化した体細胞核を卵細胞質内に核移植すると、体細胞核に初期化が誘導され、クローン個体を得ることが可能である。本研究は、卵子が有する独特の性質である、体細胞核に全能性を授ける能力の分子基盤を明らかにすることを目標とする。現在のところ、体細胞核が全能性を獲得する分子的背景は多くが謎に包まれている。初期化効率の向上や全能性の包括的理解のためにもその解明の意義は大きい。
我々は体細胞核の初期化を促進する培養条件を検討する過程で、マウスクローン個体の作出効率を大幅に向上する条件を発見した。さらに、当該条件下で発現上昇する遺伝子の内、正常受精胚と比較した際に通常の体細胞核移植胚（発見した条件で処理していない核移植胚）で発現が有意に低下する遺伝子16個を同定した。この16個の遺伝子の中から体細胞核の全能性獲得に必要な遺伝子のスクリーニングを行った。具体的には、正常受精胚における個々の遺伝子の発現をsiRNAインジェクションにより抑制し、胚発生への影響を調べた。その結果、16個の内、2個の遺伝子が正常受精胚の発生に必要であることを発見した。この2遺伝子の発現様式を体細胞核移植胚で調べたところ、正常受精胚と比較して異常を示すことを見出した。核移植胚における異常な発現パターンは過剰発現によりレスキュー可能であることも発見した。これら2遺伝子についてはノックアウトマウスの作成に成功し、胚発生への関与を調べている。以上の結果より、体細胞核移植胚で発現異常を示す2遺伝子の同定に成功し、これらの遺伝子が胚発生に重要な役割を果たすことを示した。

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] ケンブリッジ大学（John Gurdon教授）(英国)
• [Int'l Joint Research] マーバーグ大学（Robert Grosse教授）(ドイツ)
• [Int'l Joint Research] ブリストル大学（Abderrahmane Kaidi博士）(英国)
• [Int'l Joint Research] ケンブリッジ大学ガードン研究所(英国)
• [Int'l Joint Research] ニューヨーク大学アブダビ校(アラブ首長国連邦)
• [Journal Article] Combinational treatment of Trichostatin A and vitamin C improves the efficiency of cloning mice by somatic cell nuclear transfer (2018)
  • Author(s): Azuma R, Miyamoto K, Oikawa M, Yamada M, Anzai M
  • Journal Title: J Vis Exp. Volume: 134
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Srf destabilizes cellular identity by suppressing cell-type-specific gene expression programs (2018)
  • Author(s): Ikeda T, Hikichi T, Miura H, Shibata H, Mitsunaga K, Yamada Y, Woltjen K, Miyamoto K, Watanabe A, Hiratani I, Yamada Y, Yamamoto T, Hotta A, Okita K, Masui S
  • Journal Title: Nat Commun. Volume: 9 Issue: 1 Pages: 1387-1387
  • DOI: 10.1038/s41467-018-03748-1
  • NAID: 120006517799
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Peroxiredoxin as a functional endogenous antioxidant enzyme in pronuclei of mouse zygotes (2018)
  • Author(s): Morita K, Tokoro M, Hatanaka Y, Higuchi C, Ikegami H, Nagai K, Anzai M, Kato H, Mitani T, Taguchi Y, Yamagata K, Hosoi Y, Miyamoto K, Matsumoto K
  • Journal Title: Journal of Reproduction and Development Volume: 64 Issue: 2 Pages: 161-171
  • DOI: 10.1262/jrd.2018-005
  • NAID: 130006699697
  • ISSN: 0916-8818, 1348-4400
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Ubiquitin-proteasome system modulates zygotic genome activation in early mouse embryos and influences full-term development (2018)
  • Author(s): Higuchi C, Shimizu N, Shin SW, Morita K, Nagai K, Anzai M, Kato H, Mitani T, Yamagata K, Hosoi Y, Miyamoto K, Matsumoto K
  • Journal Title: Journal of Reproduction and Development Volume: 64 Issue: 1 Pages: 65-74
  • DOI: 10.1262/jrd.2017-127
  • NAID: 130006405009
  • ISSN: 0916-8818, 1348-4400
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] A transient pool of nuclear F-actin at mitotic exit controls chromatin organization (2017)
  • Author(s): Baarlink C, Plessner M, Sherrard A, Morita K, Misu S, Virant D, Kleinschnitz EM,Harniman R, Alibhai D, Baumeister S, Miyamoto K, Endesfelder U, Kaidi A, Grosse R
  • Journal Title: Nat Cell Biol. Volume: 19 Issue: 12 Pages: 1389-1399
  • DOI: 10.1038/ncb3641
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Reprogramming towards totipotency is greatly facilitated by synergistic effects of small molecules (2017)
  • Author(s): Miyamoto K, Tajima Y, Yoshida K, Oikawa M, Azuma R, Allen GE, Tsujikawa T, Tsukaguchi T, Bradshaw CR, Jullien J, Yamagata K, Matsumoto K, Anzai M, Imai H, Gurdon JB, Yamada M
  • Journal Title: Biology Open Volume: 6 Issue: 4 Pages: 415-424
  • DOI: 10.1242/bio.023473
  • NAID: 120006223660
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Gene Resistance to Transcriptional Reprogramming following Nuclear Transfer Is Directly Mediated by Multiple Chromatin-Repressive Pathways (2017)
  • Author(s): Jullien J, Vodnala M, Pasque V, Oikawa M, Miyamoto K, Allen G, David SA, Brochard V, Wang S, Bradshaw C, Koseki H, Sartorelli V, Beaujean N, Gurdon J
  • Journal Title: Molecular Cell Volume: 65 Issue: 5 Pages: 873-884
  • DOI: 10.1016/j.molcel.2017.01.030
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Nuclear actin in development and transcriptional reprogramming (2017)
  • Author(s): Misu S, Takebayashi M, Miyamoto K
  • Journal Title: Frontiers in Genetics Volume: 8 Pages: 27-27
  • DOI: 10.3389/fgene.2017.00027
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Sperm is epigenetically programmed to regulate gene transcription in embryos (2016)
  • Author(s): Teperek M, Simeone A, Gaggioli V, Miyamoto K, Allen GE, Erkek S, Kwon T, Marcotte EM, Zegerman P, Bradshaw CR, Peters AH, Gurdon JB, Jullien J
  • Journal Title: Genome Research Volume: 26 Issue: 8 Pages: 1034-1046
  • DOI: 10.1101/gr.201541.115
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Roles of nuclear actin in mouse embryonic development (2017)
  • Author(s): 宮本圭
  • Organizer: 2017年度生命科学系学会合同年次大会（ConBio2017）
  • Invited
• [Presentation] Nuclear actin polymerization in mouse embryonic development (2017)
  • Author(s): Miyamoto K
  • Organizer: ASCB/EMBO 2017 meeting
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 核の初期化とマウス初期胚発生における核アクチンの役割 (2017)
  • Author(s): 宮本圭
  • Organizer: 新学術領域研究・第5回公開シンポジウム
  • Invited
• [Presentation] Roles of nuclear actin in nuclear reprogramming and mouse embryonic development (2017)
  • Author(s): Miyamoto K
  • Organizer: HMGU-Japan Epigenetics and Chromatin Symposium
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Open chromatin configuration at primed promoters is formed during embryogenesis and accelerates transcriptional activation during differentiation and nuclear reprogramming (2017)
  • Author(s): Miyamoto K
  • Organizer: EMBO Conference The Nucleosome: From Atoms to Genomes
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Efficient nuclear reprogramming of somatic cells towards totipotency is supported by synergistic effects of small molecules. (2017)
  • Author(s): Miyamoto K, Tajima Y, Yoshida K, Oikawa M, Azuma R, Mori M, Imasato Y, Allen G.E, Tsujikawa T, Tsukaguchi T, Bradshaw C.R, Jullien J, Yamagata K, Matsumoto K, Anzai M, Imai H, Gurdon J.B, Yamada M.
  • Organizer: 第50回 日本発生生物学会
  • Invited
• [Presentation] The improved culture condition for mouse nuclear transfer embryos enables highly efficient nuclear reprogramming (2016)
  • Author(s): K. Miyamoto, Y. Tajima, K. Yoshida, T. Tsukaguchi, C.R. Bradshaw, G.E. Allen, M. Mori, Y. Imazato, J. Jullien, K. Matsumoto, H. Imai, J.B. Gurdon, and M. Yamada
  • Organizer: The 3rd China-Japan-Korea reproduction meeting
  • Place of Presentation: 南京（中国）
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Mechanisms of nuclear reprogramming in eggs and oocytes (2016)
  • Author(s): K.Miyamoto
  • Organizer: King Abdullah University of Science and Technology
  • Place of Presentation: アブドラ王立科学技術大学、サウジアラビア
  • Invited
• [Presentation] Mechanisms of nuclear reprogramming in eggs and oocytes (2016)
  • Author(s): K.Miyamoto
  • Organizer: New York University Abu Dhabi
  • Place of Presentation: ニューヨーク大学アブダビ校、UAE
  • Invited
• [Presentation] クローン動物がもたらした可能性 (2016)
  • Author(s): 宮本圭
  • Organizer: 第109回日本繁殖生物学会大会市民公開講座
  • Place of Presentation: 麻布大学（神奈川県相模原市）
  • Invited
• [Presentation] アフリカツメガエル卵母細胞を用いたリプログラミングとクロマチン動構造の解析 (2016)
  • Author(s): 宮本圭
  • Organizer: 次世代両生類研究会第二回会合
  • Place of Presentation: 基礎生物学研究所（愛知県岡崎市）
  • Invited
• [Remarks] 動物におけるリプログラミング現象の解明から、細胞初期化の要素を特定する
  • URL: http://top-researchers.com/?p=994
• [Remarks] Researchmap
  • URL: https://researchmap.jp/KeiMiyamoto/?lang=japanese
• [Remarks] Researchmap
  • URL: http://researchmap.jp/KeiMiyamoto/
• [Remarks] Researchgate
  • URL: https://www.researchgate.net/profile/Kei_Miyamoto
• [Patent(Industrial Property Rights)] 哺乳動物核移植胚の発生率向上法 (2017)
  • Inventor(s): 宮本圭、岩元正樹
  • Industrial Property Rights Holder: （学）近畿大学、（株）プライムテック
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2017-015891
  • Filing Date: 2017-01-31