Roles of Y chromosome genes on the sex spectrum of body balance

• Project Area: Spectrum of the Sex: a continuity of phenotypes between female and male
• Project/Area Number: 20H04934
• 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: Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: 的場 章悟 国立研究開発法人理化学研究所, バイオリソース研究センター, 専任研究員 (20585202)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2022-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥10,400,000 (Direct Cost: ¥8,000,000、Indirect Cost: ¥2,400,000); Fiscal Year 2021: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2020: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: 性スペクトラム / Y染色体上遺伝子 / CRISPR / ボディバランス / 性差 / Micro-CT

Outline of Research at the Start

哺乳類の雌雄（男女）は一見して容姿で見分けられるほど様々な部位で異なるレベルの表現型（性スペクトラム）を示す。この表現型の違いはほとんどがY 染色体の有無によって決定されているが、Y 染色体上の遺伝子がどのように性スペクトラムへ影響するかは不明である。本研究課題では、様々なY染色体上遺伝子のノックアウトマウスを作出し、これらにMicro-CTなどの詳細かつ高解像度な形態解析を実施し、性スペクトラムの代表的な表現型としての「ボディバランス（体長・骨格・臓器サイズなど）」にY 染色体上遺伝子がどのように関与するのかを明らかにする。

Outline of Annual Research Achievements

哺乳類の雌雄（男女）は一見して容姿で見分けられるほど様々な部位で異なる表現型（性スペクトラム）を示すが、Y 染色体上の遺伝子はどのように性スペクトラムへ影響するのだろうか？申請者はこれまでのマウスを用いた研究から、Y 染色体上遺伝子のノックアウト（KO）によって形態的な性スペクトラム表現型（体重・体長・BMI）が変動しうることを見出してきた。本研究では、これまでの解析をさらに発展させ、詳細かつ高解像度な形態解析を実施するとともに、性差のある全身の様々な表現型パラメーターを包括的に統合しつつ一次元・二次元で表記する統計手法を完成させ、性スペクトラムの代表的な表現型として「ボディバランスとY 染色体上遺伝子」との関連を明らかにする。
まず、Y 染色体上の遺伝子のうち7 遺伝子（Usp9y, Ube1y1, Sry, Uty, Zfy1, Zfy2, Rbm31y）が既にノックアウトすると少なくとも体長・体重・BMI などのボディバランスに影響があることが分かっている。こうして絞り込んだ7 遺伝子について、それぞれ3 つのsgRNA を合成しCas9 mRNA とともにC57BL/6J 系統の受精卵に注入しノックアウト胚およびマウスを作製した。現在その表現型の評価系としてMicro-CT によって全身のボディバランスを解析している。さらに、これまでのパイプライン解析から得た多様な性差を示す表現型パラメーターを抽出しており、そのデータを重みづけしつつ統合・圧縮する手法を開発した。この手法により、各遺伝子のノックアウトが性スペクトラムに与える影響を器官レベル・個体レベルで表記することが可能になった。この手法をボディバランスに着目したパラメーターにも適応することで、ボディバランスの性スペクトラムを個体レベルで定量的に表記することが可能になった。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Spermatogonial stem cell transplantation into nonablated mouse recipient testes (2022)
  • Author(s): Hiroko Morimoto, Narumi Ogonuki, Mito Kanatsu-Shinohara , Shogo Matoba , Atsuo Ogura , Takashi Shinohara
  • Journal Title: Stem cell reports Volume: 16 Issue: 7 Pages: 1832-1844
  • DOI: 10.1016/j.stemcr.2021.05.013
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Highly rigid H3.1/H3.2-H3K9me3 domains set a barrier for cell fate reprogramming in trophoblast stem cells (2022)
  • Author(s): Hada M, Miura H, Tanigawa A, Matoba S, Inoue K, Ogonuki N, Hirose M, Watanabe N, Nakato R, Fujiki K, Hasegawa A, Sakashita A, Okae H, Miura K, Shikata D, Arima T, Shirahige K, Hiratani I, Ogura A.
  • Journal Title: Genes Dev Volume: 36 Issue: 1-2 Pages: 84-102
  • DOI: 10.1101/gad.348782.121
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Regeneration of spermatogenesis by mouse germ cell transplantation into allogeneic and xenogeneic testis primordia or organoids (2022)
  • Author(s): Kanatsu-Shinohara Mito、Ogonuki Narumi、Matoba Shogo、Morimoto Hiroko、Shiromoto Yusuke、Ogura Atsuo、Shinohara Takashi
  • Journal Title: Stem Cell Reports Volume: 17 Issue: 4 Pages: 924-935
  • DOI: 10.1016/j.stemcr.2022.02.013
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 配偶子形成を経ない体細胞クローンの解析から見えてくる経世代エピゲノムの重要性 (2022)
  • Author(s): 的場章悟、小倉淳郎
  • Journal Title: 実験医学 Volume: 39 Pages: 889-895
• [Journal Article] Tsga8 is required for spermatid morphogenesis and male fertility in mice (2021)
  • Author(s): Kobayashi Yuki、Tomizawa Shin-ichi、Ono Michio、Kuroha Kazushige、Minamizawa Keisuke、Natsume Koji、Dizdarevic Selma、Dockal Ivana、Tanaka Hiromitsu、Kawagoe Tatsukata、Seki Masahide、Suzuki Yutaka、Ogonuki Narumi、Inoue Kimiko、Matoba Shogo、Anastassiadis Konstantinos、Mizuki Nobuhisa、Ogura Atsuo、Ohbo Kazuyuki
  • Journal Title: Development Volume: 148 Issue: 8
  • DOI: 10.1242/dev.196212
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Epigenetic abnormalities associated with somatic cell nuclear transfer (2021)
  • Author(s): Ogura Atsuo、Matoba Shogo、Inoue Kimiko
  • Journal Title: Reproduction Volume: -
  • DOI: 10.1530/rep-21-0013
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] CRISPR/Cas9-based genetic screen of SCNT-reprogramming resistant genes identifies critical genes for male germ cell development in mice (2021)
  • Author(s): Akter Most Sumona、Hada Masashi、Shikata Daiki、Watanabe Gen、Ogura Atsuo、Matoba Shogo
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 11 Issue: 1 Pages: 15438-15438
  • DOI: 10.1038/s41598-021-94851-9
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Autologous transplantation of spermatogonial stem cells restores fertility in congenitally infertile mice (2020)
  • Author(s): Kanatsu-Shinohara Mito、Ogonuki Narumi、Matoba Shogo、Ogura Atsuo、Shinohara Takashi
  • Journal Title: Proceedings of the National Academy of Sciences Volume: 117 Issue: 14 Pages: 7837-7844
  • DOI: 10.1073/pnas.1914963117
  • NAID: 120006826644
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Efficient production of large deletion and gene fragment knock-in mice mediated by genome editing with Cas9-mouse Cdt1 in mouse zygotes (2020)
  • Author(s): Mizuno-Iijima Saori、他20名、Okada-Iwabu Miki、Iwabu Masato、Yagami Ken-ichi、Ogura Atsuo、Obata Yuichi、Takahashi Satoru、Mizuno Seiya、Yoshiki Atsushi、Sugiyama Fumihiro
  • Journal Title: Methods Volume: - Pages: 30328-7
  • DOI: 10.1016/j.ymeth.2020.04.007
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Loss of H3K27me3 imprinting in the Sfmbt2 miRNA cluster causes enlargement of cloned mouse placentas (2020)
  • Author(s): Inoue Kimiko、Ogonuki Narumi、Kamimura Satoshi、Inoue Hiroki、Matoba Shogo、Hirose Michiko、Honda Arata、Miura Kento、Hada Masashi、Hasegawa Ayumi、Watanabe Naomi、Dodo Yukiko、Mochida Keiji、Ogura Atsuo
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 11 Issue: 1 Pages: 2150-2150
  • DOI: 10.1038/s41467-020-16044-8
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] A non-mosaic transchromosomic mouse model of Down syndrome carrying the long arm of human chromosome 21 (2020)
  • Author(s): Kazuki Yasuhiro、Gao Feng J、Li Yicong、Moyer Anna J、Devenney Benjamin、Hiramatsu Kei、Miyagawa-Tomita Sachiko、Abe Satoshi、Kazuki Kanako、Kajitani Naoyo、Uno Narumi、Takehara Shoko、Takiguchi Masato、Yamakawa Miho、Hasegawa Atsushi、Shimizu Ritsuko、Matsukura Satoko、Noda Naohiro、et al.
  • Journal Title: eLife Volume: 9 Pages: 1-29
  • DOI: 10.7554/elife.56223
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Generation of chimeric mice with spermatozoa fully derived from embryonic stem cells using a triple-target CRISPR method for Nanos3† (2020)
  • Author(s): Miura Kento、Matoba Shogo、Hirose Michiko、Ogura Atsuo
  • Journal Title: Biology of Reproduction Volume: 104 Issue: 1 Pages: 223-233
  • DOI: 10.1093/biolre/ioaa176
  • NAID: 130007925789
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Development of assisted reproductive technologies for Mus spretus (2020)
  • Author(s): Hasegawa Ayumi、Mochida Keiji、Matoba Shogo、Inoue Kimiko、Hama Daiki、Kadota Masayo、Hiraiwa Noriko、Yoshiki Atsushi、Ogura Atsuo
  • Journal Title: Biology of Reproduction Volume: 104 Issue: 1 Pages: 234-243
  • DOI: 10.1093/biolre/ioaa177
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] コモンマーモセットにおける体細胞クローン法の最適化 (2021)
  • Author(s): 的場章悟、黒滝陽子、山田祐子、越後貫成美、佐々木えりか、小倉淳郎
  • Organizer: 第114回日本繁殖生物学会大会
• [Presentation] 体細胞クローン技術の最適化によるコモンマーモセットでのクローン胚盤胞作出 (2021)
  • Author(s): 的場章悟、黒滝陽子、山田祐子、越後貫成美、佐々木えりか、小倉淳郎
  • Organizer: 第10回日本マーモセット研究会大会
• [Presentation] 体細胞クローン技術の現状と未来：問題点・改良法・応用例 (2020)
  • Author(s): 的場章悟
  • Organizer: 第67回日本実験動物学会総会
• [Presentation] マウスY染色体上遺伝子が関与する性スペクトラム表現型 (2020)
  • Author(s): 的場章悟、三浦健人、尾崎藍、田村勝、小倉淳郎
  • Organizer: 第113回日本繁殖生物学会大会
• [Presentation] CRISPR-based genetic screen identified Cox7b2 and Gm773 as critical factors for the sperm fertilizing ability in mice (2020)
  • Author(s): Akter Most Sumona, 羽田政司、渡辺元、小倉淳郎、的場章悟
  • Organizer: 第113回日本繁殖生物学会大会