Ｍａｘ遺伝子発現コントロールによる生殖細胞発生プログラム誘導の分子メカニズム

• Project Area: Analyses and regulation of germline epigenome
• Project/Area Number: 26112512
• 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: Saitama Medical University
• Principal Investigator: 奥田 晶彦 埼玉医科大学, 医学部, 教授 (60201993)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥9,360,000 (Direct Cost: ¥7,200,000、Indirect Cost: ¥2,160,000); Fiscal Year 2015: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2014: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
• Keywords: Max / 減数分裂 / 精子幹細胞 / ES細胞 / Stra8

Outline of Annual Research Achievements

私は昨年度までにES細胞におけるMax遺伝子のホモ欠失は、生殖細胞での減数分裂を司る遺伝子の発現レベルを上昇させることのみならず、SYCP3に対する抗体を用いた免疫染色により、減数分裂の初期段階において特徴的な染色体のシマネプトネマ複合体が形成されることを証明していた。かつ、生殖細胞における生理的な減数分裂に先立って、Max遺伝子の発現が低下していることも見出していた。そして、当該年度では、まず、精子幹細胞におけるMax遺伝子のノックダウンによる発現低下でも、ES細胞と同様に、減数分裂が惹起されることを明らかにした。さらには、ES細胞及び精子幹細胞において、Max遺伝子の発現の低下に伴って減数分裂が誘導される理由はMaxタンパク質をサブユニットの一つとして持つ非典型的PRC1複合体（PRC1.6）の遺伝子発現抑制機能の消失の結果であることを明らかにした。なお、L3mbtl2などのPRC1.6複合体を形成する他のサブユニットをコードする遺伝子のノックダウンでは、遺伝子発現解析からは減数分裂関連遺伝子の発現の顕著な上昇は見られるものの、Max遺伝子発現ノックダウンの場合のようにシマネプトネマ複合体といった細胞形態的な変化までには至らない。このようにMax遺伝子の発現抑制が減数分裂に及ぼす効果は、PRC1.6の他のサブユニットをコードする遺伝子の発現抑制によって見られる効果よりも大きいことが、その理由の一つが、MaxがPRC1.6複合体のDNAへの結合に直接寄与しているからであることを証明した。かつ、Max遺伝子の発現の低下に伴って起こるMyc転写因子の機能の低下も、Maxの発現の低下に伴った減数分裂の誘導レベルを高めることに間接的に寄与していることも証明した。これらの結果は、2016年3月のNature Communicationsに報告することができた。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] ソーク研究所(米国)
• [Journal Article] Max as a biological blockade that restricts meiotic process in ESCs. (2016)
  • Author(s): Suzuki A, Hirasaki M, Hishida T, Okamura D, Wu J, Ueda A, Nishimoto M, Nakachi Y, Mizuno Y, Okazaki Y, Matsui Y, *Izpisua Belmonte JC, Okuda A.
  • Journal Title: Nat Commun Volume: 7 Issue: 1 Pages: 11056-11056
  • DOI: 10.1038/ncomms11056
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Combined overexpression of JARID2, PRDM14, ESRRB, and SALL4A dramatically improves efficiency and kinetics of reprogramming to induced pluripotent stem cells. (2016)
  • Author(s): Iseki H, Nakachi Y, Hishida T, Yamashita-Sugahara Y, Hirasaki M, Ueda A, Tanimoto Y, Iijima S, Sugiyama F, Yagami K, Takahashi S, Okuda A, Okazaki Y
  • Journal Title: Stem Cells Volume: 34 Issue: 2 Pages: 322-333
  • DOI: 10.1002/stem.2243
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A comprehensive genomic analysis reveals the genetic landscape of mitochondrial respiratory chain deficiency. (2016)
  • Author(s): Kohda M, Mizuno Y, Hirata T, Yatsuka Y, Yamashita, Okuda A, Borna NN, Banshoya K, Ohnuma K, Suzuki T, Nagao A, Maehata H, Matsuda F, Higasa K, Nagasaki M, Yasuda J, Yamamoto M, Fushimi T, Shimura M, Kaiho-Ichimoto K, Harashima H, Yamazaki T, Mori M, Murayama K, Ohtake A, Okazaki Y.
  • Journal Title: PLoS Genetics: Volume: 12(1) Issue: 1 Pages: e1005679-e1005679
  • DOI: 10.1371/journal.pgen.1005679
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Dzip3 regulates developmental genes in mouse embryonic stem cells by reorganizing 3D chromatin conformation. (2015)
  • Author(s): Inoue D, Aihara H, Sato T, Mizusaki H, Doiguchi M, Higashi M, Imamura Y, Yoneda M, Miyanishi T, Fujii S, Okuda A, Nakagawa T, Ito T
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 5 Issue: 1 Pages: 16567-16567
  • DOI: 10.1038/srep16567
  • NAID: 120006986837
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Functional crosstalk between Myc and PI3K signaling for supporting unlimited self-renewal of embryonic stem cells (2015)
  • Author(s): Hishida T, Nakachi Y, Mizuno Y, Katano M, Okazaki Y, Ema M, Takahashi S, Hirasaki M, Suzuki A, Ueda A, Nishimoto M, Hishida-Nozaki Y, Vazquez-Ferrer E, Sancho-Martinez I, Izpisua Belmonte JC, Okuda A.
  • Journal Title: STEM CELLS Volume: 33 Issue: 3 Pages: 713-725
  • DOI: 10.1002/stem.1893
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Forced expression of Nanog or Esrrb preserves the ESC status in the absence of nucleostemin expression (2015)
  • Author(s): Katano M, Ema M, Nakachi Y, Mizuno Y, Hirasaki M, Suzuki A, Ueda A, Nishimoto M, Takahashi S, Okazaki, Okuda A.
  • Journal Title: STEM CELLS Volume: 33 Issue: 4 Pages: 1089-1101
  • DOI: 10.1002/stem.1918
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Identification of Ccr4-Not complex components as regulators of transition from partial to genuine induced pluripotent stem cells (2014)
  • Author(s): Kamon M, Katano M, Hiraki K, Hishida T, Nakachi Y, Mizuno Y, Okazaki Y, Suzuki A, Hirasaki M, Ueda A, Nishimoto M, Kato H, Okuda A.
  • Journal Title: Stem Cells and Development Volume: 23 Issue: 18 Pages: 2170-2179
  • DOI: 10.1089/scd.2013.0326
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Genomic Aspects of Common Diseases (2014)
  • Author(s): Muramatsu M, Okuda A, and Okazaki Y
  • Journal Title: Biochemical and Biophysical Research Communications Volume: 452 Issue: 2 Pages: 211-212
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2014.09.036
• [Journal Article] Establishment of a novel model of chondrogenesis using murine embryonic stem cells carrying fibrodysplasia ossificans progressiva-associated mutant ALK2. (2014)
  • Author(s): Fujimoto M, Ohte S, Shin M, Yoneyama K, Osawa K, Miyamoto A, Tsukamoto S, Mizuta T, Kokabu S, Machiya A, Okuda A, Suda N, Katagiri T.
  • Journal Title: Biochmical and Biophysical Research Communications Volume: 455 Issue: 3-4 Pages: 347-352
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2014.11.012
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Max known as a Myc indispensable partner protein functions as a molecular blockade of meiotic entry (2015)
  • Author(s): Akihiko Okuda, Ayumu Suzuki, Masataka Hirasaki, Atsushi Ueda
  • Organizer: 第38回日本分子生物学会 第88回日本生化学会大会 合同大
  • Place of Presentation: 神戸 ポートピアアイランド (兵庫県神戸市）
  • Year and Date: 2015-12-01
  • Invited
• [Presentation] マウスES細胞における減数分裂抑制機構の発見 (2015)
  • Author(s): 鈴木 歩、平崎正孝、上田 篤、松居靖久、奥田晶彦
  • Organizer: 第38回日本分子生物学会 第88回日本生化学会大会 合同大会
  • Place of Presentation: 神戸 ポートピアアイランド (兵庫県神戸市）
  • Year and Date: 2015-12-01
• [Presentation] Casein kinaseとJmjd3の真獣類発生過程における細胞での概日リズム形成における役割 (2015)
  • Author(s): 西本正純、奥田晶彦、大西芳秋
  • Organizer: 第38回日本分子生物学会 第88回日本生化学会大会 合同大会
  • Place of Presentation: 神戸 ポートピアアイランド (兵庫県神戸市）
  • Year and Date: 2015-12-01
• [Presentation] マウスES細胞においてNucleosteminノックアウトによる未分化性の消失はNanogもしくはEsrrbタンパク質強制発現により回避される (2014)
  • Author(s): 片野 幸、水野洋介、仲地 豊、平崎正孝、鈴木 歩、西本正純、岡崎康司、奥田晶彦
  • Organizer: 第37回日本分子生物学会
  • Place of Presentation: 神奈川県横浜市 (パシフィコ横浜）
  • Year and Date: 2014-11-25 – 2014-11-27
• [Presentation] 真獣類の発生過程におけるPer2とCKIの発現は概日リズム形成に重要である (2014)
  • Author(s): 西本正純、奥田晶彦、大西芳秋
  • Organizer: 第37回日本分子生物学会
  • Place of Presentation: 神奈川県横浜市 (パシフィコ横浜）
  • Year and Date: 2014-11-25 – 2014-11-27
• [Presentation] ミトコンドリア呼吸鎖異常症の原因遺伝子の包括的大規模解析 (2014)
  • Author(s): 木下善仁、徳澤佳美、神田将和、森山陽介、水野洋介、菅原（山下）泉、田丸俊輔、栃木秀乃、上原奈津美、仲地豊、八塚由紀子、入月浩美、鈴木聡美、Nurun Nahar Borna、平田智子、的場奈々、加藤英政、奥田晶彦、森雅人、安嶋まさみ、原嶋宏子、山崎太郎、村山圭、大竹明、岡崎康司
  • Organizer: 第37回日本分子生物学会
  • Place of Presentation: 神奈川県横浜市 (パシフィコ横浜）
  • Year and Date: 2014-11-25 – 2014-11-27
• [Remarks] 精子・卵子形成の為の減数分裂を開始させる仕組みを発見
  • URL: http://www.saitama-med.ac.jp/genome/press_release_03_30_16.pdf#search='%E5%9F%BC%E7%8E%89%E5%8C%BB%E7%A7%91%E5%A4%A7%E5%AD%A6+%E7%B2%BE%E5%AD%90'
• [Remarks] 共同通信PRワイアーからのプレスリリース紹介
  • URL: http://www.kyodo.co.jp/pr/2016-03-30_1539373/
• [Remarks] 埼玉医科大学 ゲノム医学研究センター
  • URL: http://www.saitama-med.ac.jp/genome/