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精子クロマチンの物性変化や核形態変化へのアクロソームと核膜孔の役割の解明

Publicly Offered Research

Project AreaGenome modality: understanding physical properties of the genome
Project/Area Number 21H05743
Research Category

Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Transformative Research Areas, Section (III)
Research InstitutionTokyo Medical and Dental University

Principal Investigator

荒川 聡子  東京医科歯科大学, 統合研究機構, 教授 (90415159)

Project Period (FY) 2021-09-10 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥13,000,000 (Direct Cost: ¥10,000,000、Indirect Cost: ¥3,000,000)
Fiscal Year 2022: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2021: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
KeywordsGOMED / ゴルジ / 精子形成 / 核膜孔 / 分化 / ゴルジ体 / オートファジー / 細胞分化 / タンパク質分解 / 雄性不妊 / アクロソーム
Outline of Research at the Start

精子形成時のクロマチン凝集や核の形態変化に、アクロソームや核膜孔の変化が重要か解析するため[1]GOMED-1欠損精子におけるクロマチンの物性や核内局在分子の解析を行う。[2]アクロソームが、クロマチン凝縮や核の形態を制御するメカニズムを明らかにする。[3]核膜孔によるクロマチン凝縮の制御機構を明らかにする。加えて、[4]タンパク質分解機構GOMEDが精子形成に関わる役割を明らかにする。

Outline of Annual Research Achievements

ゴルジ体は小胞体から輸送されたタンパク質に、糖鎖修飾やリン酸化修飾などを加え、細胞外や細胞膜、リソソームへと輸送する。我々は、この過程が滞ると、ゴルジ体を用いた分解、GOMED機構 (Golgi Membrane Associated Degradation)が起きることを発見した。このGOMED機構は、酵母から哺乳動物まで保存された機構であり、ゴルジ体を経由したタンパク質がゴルジ体において滞留したときに機能する。このとき、1. トランスゴルジの膜が大きく変形する、2. 分解するタンパク顆粒やミトコンドリアを包み込む、3. ライソソームと融合して分解する、という過程を経る。
我々はすでにGOMEDに必要な分子を同定しており、そのノックアウトマウスは胎生致死や神経変性疾患、腸炎など重篤な表現型を示すことを見出している。今回、このGOMEDに関与するタンパク質のうち、GOMED-1を欠損させたマウスは雄性不妊となることを見出した。
この欠損マウスの出生割合は予測される25%を下回る7%以下であり、産仔数も非常に少ない。そこで、精巣及び精巣上体の微細構造解析を行った。その結果(1) ゴルジ体から形成されるアクロソーム形成の初期には異常がみられないこと、(2)アクロソームが変形し精子の核を取り囲む過程において、異常が見られること、(3)精子の核膜孔の分布に異常が見られること、(4) 核のクロマチン濃縮の遅滞することが判明した。
これらの解析結果から、GOMED-1欠損マウスの精子形成においては、アクロソームの分化異常と共に、核膜の形態変化やクロマチンの濃縮過程に異常が生じることが判明した。
また、新たに精巣特異的GOMED-1欠損マウスを作製した。現在、その解析中であるが、GOMED-1欠損マウスと表現型の違いを見出しており、このマウスについても解析を進めている。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Annual Research Report
  • Research Products

    (10 results)

All 2023 2022 2021

All Journal Article (2 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 2 results) Presentation (8 results) (of which Invited: 2 results)

  • [Journal Article] FLIP-based autophagy-detecting technique reveals closed autophagic compartments2022

    • Author(s)
      Sakurai Hajime Tajima、Arakawa Satoko、Noguchi Saori、Shimizu Shigeomi
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 12 Issue: 1 Pages: 22452-22452

    • DOI

      10.1038/s41598-022-26430-5

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Nickel particles are present in Crohn's disease tissue and exacerbate intestinal inflammation in IBD susceptible mice.2022

    • Author(s)
      Hiroki Matsuda, Yoichi Nibe-Shirakihara, Akiko Tamura, Emi Aonuma, Satoko Arakawa, Kana Otsubo, Yasuhiro Nemoto, Takashi Nagaishi, Kiichiro Tsuchiya, Shigeomi Shimizu, Averil Ma, Mamoru Watanabe, Motohiro Uo, Ryuichi Okamoto, Shigeru Oshima.
    • Journal Title

      Biochemical and Biophysical Research Communications.

      Volume: 592 Pages: 74-80

    • DOI

      10.1016/j.bbrc.2021.12.111

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] 多面的なin vivo 解析の最前線: Golgi体膜を用いた分解機構GOMEDの微細構造と生理機能の解析2023

    • Author(s)
      荒川聡子、山口啓史、清水重臣
    • Organizer
      第36回日本糖尿病・肥満動物学会年次学術集会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 細胞老化分化時に見られるオルガネラ変化の微細構造解析2022

    • Author(s)
      荒川聡子、安原徳子、清水重臣
    • Organizer
      第45回分子生物学会年会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] The role of acrosome and nuclear pore on the changes of physical properties and nuclear morphology of sperm chromatin2022

    • Author(s)
      Satoko Arakawa, Hirofumi Yamaguchi, Shigeomi Shimizu
    • Organizer
      A Genome modality Understanding physical properties of the genome, annual meeting
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Discovery of Alternative Autophagy and its Physiological Role in the Brain2022

    • Author(s)
      Satoko Arakawa, Hirofumi Yamaguchi, Shigeomi Shimizu
    • Organizer
      日本顕微鏡学会第78回学術講演会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Discovery of Alternative Autophagy and its Physiological Role in the Brain2022

    • Author(s)
      Satoko Arakawa, Hirofumi Yamaguchi, Shigeomi Shimizu
    • Organizer
      日本顕微鏡学会第78回学術講演会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Wipi3 is essential for Golgi membrane-associated degradation (GOMED) pathway and its loss causes neurodegeneration2021

    • Author(s)
      Satoko Arakawa, Hirofumi Yamaguchi, Shigeomi Shimizu
    • Organizer
      第44回分子生物学会年会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 電子顕微鏡からみた細胞死2021

    • Author(s)
      荒川聡子、清水重臣
    • Organizer
      第2回細胞死コロキウム
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] The role of acrosome and nuclear pore on the changes of physical properties and nuclear morphology of sperm chromatin2021

    • Author(s)
      Satoko Arakawa, Hirofumi Yamaguchi, Shigeomi Shimizu
    • Organizer
      A Genome modality Understanding physical properties of the genome, Online Meeting
    • Related Report
      2021 Annual Research Report

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Published: 2021-10-22   Modified: 2023-12-25  

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