生殖細胞の減数分裂に伴うゲノム制御転換とシグナル応答のシステム解析

• Project Area: The physicochemical field for genetic activities
• Project/Area Number: 23114706
• 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: Kyoto University
• Principal Investigator: 中馬 新一郎 京都大学, 再生医科学研究所, 准教授 (20378889)
• Project Period (FY): 2011-04-01 – 2013-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2012)
• Budget Amount: ¥11,180,000 (Direct Cost: ¥8,600,000、Indirect Cost: ¥2,580,000); Fiscal Year 2012: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000); Fiscal Year 2011: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000)
• Keywords: 減数分裂 / ゲノム / 組み換え / 生殖細胞 / シグナル伝達 / 発生

Outline of Annual Research Achievements

生殖幹細胞株の減数分裂移行はRARによる転写制御を介するがRAは生体ではpleiotropicな効果を示し例えば生殖細胞への分化能を持つ多能性幹細胞であるES細胞株では神経分化を誘導する。我々は生殖幹細胞のヒストンH3トリメチル化修飾、RNA pol II、RAR等のChIP-seq解析を進め、生殖幹細胞株とES細胞株の比較によりオープンなクロマチン修飾が両者で極めて類似していること、生殖幹細胞株のH3トリメチル化のbivalent修飾はES細胞と同様に初期発生で働く遺伝子群が占めること、RARは両細胞でターゲットが明瞭に異なり生殖幹細胞株では減数分裂遺伝子群に結合すること等が明らかとなった。減数分裂誘導に伴うRNA発現 の変化をマイクロアレイにより調べ上述のエピゲノム修飾等と共に変化する遺伝子群をクラスタリングしプロモーター／エンハンサー領域に共通するシスエレメントのde novoモチーフ抽出を行い哺乳類ゲノム相同性およびシスエレメント間の共起を組み入れた推定により複数の機能候補因子を同定した。一方、nanoLC-MS/MSを用いたoffline-mudpitによるショットガン質量分析により核動態の変化について包括的プロテオームデータの取得を進めた。特に核、クロマチン分画、部位特異的解析について密度勾配、pH、塩濃度、デタージェント、ヌクレアーゼ、超音波破砕等の各種条件を検討すると共に蛋白質複合体の解離を防ぐ為に質量分析を阻害せずターゲット特異性の高いcleavable クロスリンカーを用いる実験条件を定めた。これらの研究により哺乳類の減数分裂誘導の初期過程における分子メカニズム解明へ向けた重要な研究成果を得ると共に新たな実験手法の開発を進める事が出来た。

Research Progress Status

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] piRNA and spermatogenesis in mice (2013)
  • Author(s): Chuma S, Nakano T
  • Journal Title: Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci Volume: in press
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] GPAT2, a Mitochondrial Acyltransferase, in piRNA Biogenesis in Germline Stem Cells. (2013)
  • Author(s): Shiromoto Y, Kuramochi-Miyagawa S, Daiba A, Chuma S, Katanaya A, ......... Nakano T
  • Journal Title: RNA Volume: in press
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A Role for Fkbp6 and the Chaperone Machinery in piRNA Amplification and Transposon Silencing (2012)
  • Author(s): Xiol J, Cora E, Koglgruber R, Chuma S, Subramanian S, Hosokawa M, Reuter M, Yang Z, Berninger P, Palencia A, Benes V, Penninger J, Sachidanandam R, Pillai RS
  • Journal Title: Mol Cell Volume: 47 Pages: 970-979
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Human PSF concentrates DNA and stimulates duplex capture in DMC1-mediated homologous pairing (2012)
  • Author(s): Morozumi Y, Ino R, Takaku M, Hosokawa M, Chuma S, Kurumizaka H.
  • Journal Title: Nucleic Acids Res Volume: 40 Pages: 3031-3041
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Human PSF concentrates DNA and stimulates duplex capture in DMC1-mediated homologous pairing (2011)
  • Author(s): Morozumi Y, et al
  • Journal Title: Nucleic Acids Res Volume: 40 Issue: 7 Pages: 3031-3041
  • DOI: 10.1093/nar/gkr1229
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Tudor domain containing 7 (Tdrd7) is essential for dynamic ribonucleoprotein (RNP) remodeling of chromatoid bodies during spermatogenesis (2011)
  • Author(s): Tanaka T, et al
  • Journal Title: Proc Natl Acad Sci USA Volume: 108 Issue: 26 Pages: 10579-10584
  • DOI: 10.1073/pnas.1015447108
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Miwi catalysis is required for piRNA amplification-independent LINE1 transposon silencing (2011)
  • Author(s): Reuter M, et al
  • Journal Title: Nature Volume: 480 Issue: 7376 Pages: 264-267
  • DOI: 10.1038/nature10672
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Mammalian tudor related genes in the male germline (2011)
  • Author(s): Chuma S
  • Organizer: 44th meeting of society for the study of reproduction
  • Place of Presentation: Portland, USA(招待講演)