2018 Fiscal Year Annual Research Report
How sperm epigenetic profiles impact on gene expression in the brain of offspring
| Project Area | Integrative research toward elucidation of generative brain systems for individuality |
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16H06530
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
大隅 典子 東北大学, 医学系研究科, 教授 (00220343)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
原 塑 東北大学, 文学研究科, 准教授 (70463891)
沖 真弥 九州大学, 医学研究院, 講師 (90452713)
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| Project Period (FY) |
2016-06-30 – 2021-03-31
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| Keywords | 脳科学 / 基盤・社会脳科学 / 脳計測科学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
研究実績の概要
①マウス精巣ゲノム、エピゲノム、遺伝子発現解析：前年度までに同定した加齢精子によって変化するDNAメチル化領域（Differentially Methylated Regions, DMRs）について、特異的な転写因子結合部位との関連を指標に絞込を行い、候補転写因子Xを同定した。Xについて、市販の抗体を用いた免疫染色法およびウェスタン法によって発現を解析したが、いずれも矛盾のない結果を得ることができなかったので、技術支援班の協力により作成したCRISPR/Cas9によるTagノックインマウスを用いて解析したところ、免疫染色法によって精原細胞におけるXの発現が観察された。
②ヒト精子ゲノム、エピゲノム、遺伝子発現解析：学内倫理委員会の審査を経て、所定の手続きにより共同研究先のクリニックより供与されたヒト精子を用いて、ウェスタンブロットによるヒストン修飾因子の定量を行った。加齢マウスにおいて増加が観察されたH3K79me3について、ヒト精子においても加齢による増加の傾向が観察された。
③仔マウス個別脳内遺伝子発現様態解析および脳画像解析：
前年度までに得た胎生14.5日目の雄胎仔脳のRNA-seqデータに加えて、胎生14.5日目の雌胎仔脳のRNA-seqデータ（若齢雄および加齢雄由来の仔）を取得した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
①マウス精巣ゲノム、エピゲノム、遺伝子発現解析：モチーフ解析およびChIP-Atlas解析により、低メチル化領域の中に神経発生において重要な機能を有する興味深い転写抑制因子Xの結合配列が見つかり、さらにRNA-seqデータのGSEAからも同じ転写抑制因子がエンリッチすることがわかったことから、これら低メチル化領域の重要性や脳構築過程における遺伝子発現制御への関与を強く示している可能性がある。今後、XにTagを付加したノックインマウスの若齢雄および加齢雄において、加齢がXの発現に及ぼす影響を解析する予定である。
②ヒト精子ゲノム、エピゲノム、遺伝子発現解析：所定の手続きにより得られたヒト精子を用いてウェスタンブロットによるヒストン修飾因子の定量を行った。加齢マウスにおいて増加が観察されたH3K79me3について、ヒト精子においても加齢による増加の傾向が観察されたが、定量性に課題が残った。追加配分によって購入した自動電気泳動・ウェスタン装置を使用し、より定量性のある解析を行う予定である。
③仔マウス個別脳内遺伝子発現様態解析および脳画像解析：若齢父/加齢父および雄/雌の4群、それぞれ3個体について、遺伝子発現量と発現プロファイルの再解析を行っている。
④仔マウス個別多種行動解析および脳生理機能解析：母子分離超音波発声の解析より、若齢雄由来の仔と加齢雄由来の仔マウスにおけるコール数の発達過程に有意差が観察された。生後6日目において加齢雄由来の仔マウス観察されたコール数の有意な減少は、コール数の発達過程の遅れによるものであることが示唆された。また、加齢雄由来の仔マウスのシラブル解析から、個体内での使用シラブル数は減少するが、個体間での使用シラブルの種類には大きなばらつきが観察され、若齢雄由来の仔マウスよりも「際立った」個性を示すことが示唆された。
以上より、本研究テーマは順調に進捗しているといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
①マウス精巣ゲノム、エピゲノム、遺伝子発現解析：加齢によりどのようにしてDMRsが生じるのかについて、および、精巣内精子形成過程におけるヒストン修飾分子の発現局在について解析を行う。
②ヒト精子ゲノム、エピゲノム、遺伝子発現解析：共同研究先のクリニックより、さらにヒト精子検体の供与を得て、ウェスタンブロットによるヒストン修飾因子の定量を続け、加齢の影響について解析を進める。
③仔マウス個別脳内遺伝子発現様態解析および脳画像解析：野生型雄マウスの加齢による仔マウスへの影響を解析するために、個体識別を行った仔マウスの脳構築について、神経活動マーカーc-Fosを用いた神経活動マッピングを行う。成体期への影響が残るかどうかに関しても各種分子マーカーを用いて組織学的検索を行う。また、若齢父/加齢父および雄/雌の4群、それぞれ3個体について、遺伝子発現量と発現プロファイルの再解析を進める。可能であれば、マウスを用いたMRI解析について条件検討を行う。
④仔マウス個別多種行動解析および脳生理機能解析：雄マウスの加齢による仔マウスへの影響について、個体識別を行った仔マウスについて、各種行動スコアの相関性について解析する。また、超音波発声については、ソノグラム画像のdeep learning解析を行っている論文などを参考にしつつ詳細なシラブル解析を行う系を確立し、超音波発声の発達の様態についても解析を進める。
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[Journal Article] Conserved and divergent functions of Pax6 underlie species-specific neurogenic patterns in the developing amniote brain.2018
Author(s)
Yamashita, W., Takahashi, M.,Kikkawa, T., Gotoh, H.,Osumi, N., Ono, K. and Nomura, T.
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Journal Title
Development.
Volume: 145
Pages: dev159764
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Entrainment of the Circadian Clock in Neural Stem Cells by Epidermal Growth Factor is Closely Associated with ERK1/2-mediated Induction of Multiple Clock-related Genes.2018
Author(s)
Mogi, A., Yomoda, R., Kimura, S., Tsushima, C., Takouda, J., Sawauchi, M., Maekawa, T., Ohta, H., Nishino, S., Kurita, M., Mano, N., Osumi, N. and Moriya, T.
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Journal Title
Neuroscience.
Volume: 379
Pages: 45-66
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Repression of Somatic Genes by Selective Recruitment of HDAC3 by BLIMP1 Is Essential for Mouse Primordial Germ Cell Fate Determination.2018
Author(s)
Mochizuki, K., Hayashi, Y., Sekinaka, T., Otsuka, K., Ito-Matsuoka, Y., Kobayashi, H., Oki, S., Takehara, A., Kono, T., Osumi, N. and Matsui, Y.
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Journal Title
Cell Reports
Volume: 24
Pages: 2682-2693
DOI
Peer Reviewed
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