マウスＰＩＷＩファミリーによる減数分裂期の染色体構造の制御

• Project Area: Systematic study of chromosome adaptation
• Project/Area Number: 23125508
• 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: Kitasato University (2012); Osaka University (2011)
• Principal Investigator: 木村 透 北里大学, 理学部, 教授 (50280962)
• Project Period (FY): 2011-04-01 – 2013-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2012)
• Budget Amount: ¥11,700,000 (Direct Cost: ¥9,000,000、Indirect Cost: ¥2,700,000); Fiscal Year 2012: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000); Fiscal Year 2011: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000)
• Keywords: DNAメチル化 / 相同染色体 / 対合 / piRNA / 小分子RNA / PIWI / 減数分裂 / マウス / PIWIファミリー / レトロトランスポゾン / 精子形成

Research Abstract

生殖細胞は、ゲノム情報を次の世代に継承する細胞系列である。減数分裂では、父母由来の相同染色体どうしが対合し、その間で組換えをおこなうことで、新しい遺伝情報の組み合わせを作りだす。
PIWIファミリーは、piRNA（PIWI-interacting RNA）と呼ばれる小分子RNAを介して、転移因子レトロトランスポゾンの発現抑制に関与している。PIWIファミリーであるMILIやMIWI2を欠損したマウスでは、胎仔期の生殖細胞においてレトロトランスポゾン領域のDNAメチル化が正常に獲得されず、発現上昇が認められる。本研究では、まず、これらのマウスでは、生後の減数分裂期において、相同染色体の対合不全とDNA損傷の蓄積が生じるため、アポトーシスにより精子形成が停止することを示した。さらに、Spo11とMILI、Spo11とMIWI2の二重欠損マウスの解析から、MILIやMIWI2欠損マウスでは、Spo11により導入されたDNA切断が対合不全により修復されないことが、DNA損傷の蓄積をもたらすことを示した。また、MILIやMIWI2欠損マウスにおいて、対合に重要なヒストン修飾であるH2K9me2やH3k27me3のレベルを解析したが、変化は認められなかった。以上の結果から、DNAメチル化を介したレトロトランスポゾンのエピジェネティック制御が、相同染色体の対合に必須であることが明らかとなった。

Current Status of Research Progress

Reason

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Effects of Dppa3 on DNA methylation dynamics during primordial germ cell development (2013)
  • Author(s): Nakashima H, Kimura T, Kaga Y. Nakatani T, Seki Y, Nakamura T, Nakano T
  • Journal Title: Biol Rep Volume: 88 Issue: 5 Pages: 1-9
  • DOI: 10.1095/biolreprod.112.105932
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] GPAT2, a Mitochondrial Outer Membrane Protein in piRNA Biogenesis in Germline Stem Cells (2013)
  • Author(s): Shiromoto Y, Kuramochi-Miyagawa S, Daiba A, Chuma S, Katanaya A, Nishimura K, Ohtaka M, Nakanishi M, Nakamura T, Yoshinaga K, Asada N, Nakamura S, Yasunaga T, Kojima-Kita K, Itou D, Kimura T, Nakano T
  • Journal Title: RNA Volume: 19 Issue: 6 Pages: 803-810
  • DOI: 10.1261/rna.038521.113
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Induction of pluripotency in primordial germ cells (2011)
  • Author(s): Kimura, et al.
  • Journal Title: Histol.Histopatho. Volume: 26 Pages: 643-650
  • NAID: 40019072189
  • Peer Reviewed
• [Presentation] DNA methylation of retrotransposon genes is important for meiotic synapsis in spermatogenesis (2011)
  • Author(s): 宮川さとみ
  • Organizer: The 34th Annual Meeting of the Molecular Biology Society of Japan
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜(神奈川県)
  • Year and Date: 2011-12-16
• [Presentation] リン酸化シグナルによる生殖細胞と多能性幹細胞の相互転換 (2011)
  • Author(s): 木村透
  • Organizer: 第12回長崎障害者支援再生医療研究会
  • Place of Presentation: 長崎大学(長崎県)(招待講演)
  • Year and Date: 2011-08-02
• [Presentation] Induction of primordial germ cell-like cells from mouse embryonic stem cells by manipulation of signaling pathways (2011)
  • Author(s): 木村透
  • Organizer: The 9^<th> Stem Cell Research Symposium
  • Place of Presentation: 泉ガーデンギャラリー(東京都)
  • Year and Date: 2011-05-13