ショウジョウバエ始原生殖細胞の転写抑制機構におけるメチオニン代謝の役割

• Project Area: Crosstalk of transcriptional control and energy pathways by hub metabolites
• Project/Area Number: 26116730
• 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: University of Tsukuba (2015); Okazaki Research Facilities, National Institutes of Natural Sciences (2014)
• Principal Investigator: 林 良樹 筑波大学, 生命領域学際研究センター, 助教 (30508817)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥9,100,000 (Direct Cost: ¥7,000,000、Indirect Cost: ¥2,100,000); Fiscal Year 2015: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000); Fiscal Year 2014: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
• Keywords: ショウジョウバエ / 始原生殖細胞 / メチオニン代謝 / メチル化修飾 / 転写抑制 / Sam-S / SAM / 6mA / メチオニン / Sアデノシルメチオニン / ヒストンメチル化 / 転写制御 / キイロショウジョウバエ / メタボロミクス

Outline of Annual Research Achievements

近年の癌・幹細胞研究において、細胞内代謝はタンパク質、あるいは核酸修飾の基質産生を介して、エピゲノム状態等に影響を与えることが知られている。例えばメチオニン（Met）の一次代謝産物であるS-アデノシルメチオニン（SAM）は、ゲノムDNAあるいはヒストンのメチル化修飾の際のメチル基供与体になることが知られている。
本研究ではショウジョウバエPGCの細胞内代謝状態がPGCのもつ転写制御において果たす役割の解明を目的に研究を行った。PGCの代謝状態を解明するためにPGCに対するメタボローム解析を行ったところ、PGCでは体細胞に比べてMetの含有量が高いのに対し、SAMの含有量が低いことが明らかとなった。そこでMetをSAMに変換する酵素（Sam-S）の発現を調べたところ、PGCを含む生殖系列においてSam-Sの発現は顕著に低いことが明らかとなった。以上の結果は、生殖系列においてSAM合成は抑制されていることを示唆している。次に生殖系列におけるSAMの産生抑制の意義を明らかにするために生殖系列においてSam-Sを強制発現し、その影響を観察した。その結果、Sam-Sを強制発現した卵巣の形成細胞層において、アポトーシスが亢進することが明らかとなった。この領域はDNAダメージチェックポイントが働く領域であること、またメチル化修飾の一つであるDNAへの6mA修飾がトランスポゾンの活性化を誘導することを考えあわせて、Sam-Sを強制発現した卵巣において、トランスポゾンが活性化すると予想した。そこでSam-Sの強制発現をした卵巣においてトランスポゾンの発現量を計測したところ、コントロールに比べて有為にトランスポゾンの発現量が上昇することが明らかとなった。以上の結果は、生殖系列におけるSAMの合成抑制は、生殖系列におけるトランスポゾンの発現抑制に必要であることを示唆している。

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

• [Journal Article] Autocrine regulation of ecdysone synthesis by β3-octopamine receptor in the prothoracic gland is essential for Drosophila metamorphosis. (2015)
  • Author(s): Ohhara Y., Shimada-Niwa Y., Niwa R., Kayashima Y., Hayashi Y., Akagi K., Ueda H., Yamakawa-Kobayashi K., and Kobayashi S.
  • Journal Title: Proceedings of the National Academy of Sciences Volume: 112 Issue: 5 Pages: 1452-1457
  • DOI: 10.1073/pnas.1414966112
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] メタボロミクスから見えてきた始原生殖細胞の代謝的性質とその役割 (2015)
  • Author(s): 林 良樹、野田 千代、小林 悟
  • Organizer: 第１４回日本再生医療学会総会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（横浜市、神奈川県）
  • Year and Date: 2015-03-19 – 2015-03-21
  • Invited
• [Presentation] The role of Glycolysis in primordial germ cell development of Fruit fly, Drosophila melanogaster. (2014)
  • Author(s): Yoshiki Hayashi, Chiyo Noda, Satoru Kobayashi,
  • Organizer: 日米先端科学（JaFos）２０１４シンポジウム
  • Place of Presentation: ホテルニューオータニ（千代田区、東京都）
  • Year and Date: 2014-12-04 – 2014-12-07
  • Invited
• [Presentation] メタボロミクスから見えてきたショウジョウバエ始原生殖細胞の代謝的性質とその役割 (2014)
  • Author(s): 林 良樹、野田 千代、小林 悟、
  • Organizer: 第８７回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 国立京都国際会館（京都市、京都府）
  • Year and Date: 2014-10-15 – 2014-10-18
  • Invited
• [Presentation] Role of Glycolysis in primordial-germ-cell development in Drosophila embryos. (2014)
  • Author(s): Yoshiki Hayashi, Chiyo Noda, Satoru Kobayashi,
  • Organizer: Cold Spring Harbor Laboratory Meeting on Germ Cells
  • Place of Presentation: Cold Spring Harbor Laboratory, （Cold Spring Harbor, New York, U. S. A.）
  • Year and Date: 2014-10-07 – 2014-10-11
• [Presentation] ショウジョウバエ始原生殖細胞におけるメチオニン代謝の役割 (2014)
  • Author(s): 林 良樹、野田 千代、小林 悟、
  • Organizer: 日本動物学会第８５回大会
  • Place of Presentation: 東北大学（仙台市、宮城県）
  • Year and Date: 2014-09-11 – 2014-09-13
• [Presentation] The Role of Heparan Sulfate Proteoglycans in Drosophila germline stem cell niche. (2014)
  • Author(s): Yoshiki Hayashi, Arisa Sugiyama, Satoru Kobayashi,
  • Organizer: 第４７回日本発生生物学会大会
  • Place of Presentation: ウインク愛知（名古屋市、愛知県）
  • Year and Date: 2014-05-27 – 2014-05-30
  • Invited
• [Book] Reproductive & developmental strategies for life continuity (2016)
  • Author(s): Yoshiki Hayashi, Satoru Kobayashi
  • Publisher: Springer