2018 Fiscal Year Annual Research Report
| Project Area | Spectrum of the Sex: a continuity of phenotypes between female and male |
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| Project/Area Number |
17H06424
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
立花 誠 大阪大学, 生命機能研究科, 教授 (80303915)
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| Project Period (FY) |
2017-06-30 – 2022-03-31
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| Keywords | 性スペクトラム / 性決定遺伝子 / エピゲノム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
これまでに我々は、ほ乳類性決定遺伝子SryのH3K9メチル化修飾の除去酵素（H3K9メチル化”eraser”）がJmjCドメイン含有タンパク質Jmjd1aであることを明らかにしていた（Kuroki et al., Science 2013）。平成29年度にSryのH3K9メチル化writerの同定を試みたところ、SryのH3K9メチル化writerがGLP/G9a複合体であることを明らかにした（Kuroki et al., PLoS Genetics 2017で報告)。本知見を踏まえ、GLP/G9aH3K9メチル化酵素複合体とJmjd1aH3K9脱メチル化酵素の拮抗的作用による遺伝子発現制御機構を、より詳細に解析した。その結果、以下のことを明らかにした。
１．Jmjd1aとそのホモログであるJmjd1bがマウスの着床前後の胚で発現していた。
２．Jmjd1aとJmjd1aを双方ノックアウトした胚は着床直後に死亡した。
３．Jmjd1aとJmjd1bはマウスの胚性幹細胞（ES細胞）でも強く発現していた。
これらの事実から、Jmjd1aとJmjd1bはマウスの初期胚やES細胞の維持に深く関与している可能性が浮き彫りになった。それを検証するため、Jmjd1aとJmjd1bの二重欠損体を作製したところ、細胞死が誘導された。また、この二重欠損で様々な遺伝子の発現が低下することが分かった。Jmjd1a/Jmjd1bの二重欠損における細胞死と遺伝子発現の異常の表現型は、GLP/G9a複合体を破壊によってレスキューされた。このことから、初期胚やマウスES細胞の維持にもJmjd1a/Jmjdbの脱メチル化とGLP/G9a複合体によるメチル化が拮抗して働いていることを明らかにした。この結果をKuroki et al., Stem Cell Reports 2018報告した。以上の結果は、ほ乳類の発生過程の様々な局面でH3K9のメチル化はダイナミックに変動し、遺伝子発現調節に寄与していることを示した。
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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
性決定遺伝子の発現制御機構に、Jmjd1aによるH3K9脱メチル化に加え、GLP/G9a複合体によるH3K9メチル化が関与していることを見出した意義は大きい。加えて私たちは、Jmjd1a欠損でもたらされるオスからメスへの性転換が、GLP/G9aメチル化酵素複合体の阻害剤でレスキューされることを見出した。このことは、性分化疾患などのヒト疾患にエピゲノム創薬が使用できる可能性を意味している。ES細胞におけるJmjd1aによる脱メチル化とGLP/G9a複合体によるメチル化の拮抗した作用を見出いたことの意義も大きい。大量に、かつ簡便に扱えるES細胞を用いることで、H3K9メチル化・脱メチル化をターゲットにした創薬開発の可能性が見えてきた。次年度は、DNAメチル化酵素やDNAの脱メチル化酵素と性決定の関係を追及していきたい。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は、DNAメチル化酵素やDNAの脱メチル化酵素と性決定の関係を追及していく予定である。これまでに、性決定の時期の生殖腺体細胞ではDNAの脱メチル化の中間体である5-ハイドロキシメチル化シトシンが有意に高いことを明らかにしている。5-ハイドロキシメチル化シトシンはTet1、Tet2、Tet3分子の酵素活性によって生産される。CRISPR/Cas9によって、これら3つのTetファミリー分子の欠損体の作製を試み、XY個体のメス化が誘導されるのかについて検討する。また、Jmjd1a欠損体にTetファミリーのそれぞれの欠損変異を導入してやることで、Jmjd1a欠損の表現型をどう変化させるのかについても検討していきたい。
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[Journal Article] Combined loss of Jmjd1a and Jmjd1b reveals critical roles for H3K9 demethylation in the maintenance of embryonic stem cells and early embryogenesis.2018
Author(s)
Kuroki S, Nakai Y, Maeda R, Okashita N, Akiyoshi M, Yamaguchi Y, Kitano S, Miyachi S, Nakato R, Ichiyanagi K, Shirahige K, Kimura H, Shinkai Y, *Tachibana M.
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Journal Title
Stem Cell Reports
Volume: 10
Pages: 1340, 1354
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] FGF2 Has Distinct Molecular Functions from GDNF in the Mouse Germline Niche.2018
Author(s)
Masaki K, Sakai M, Kuroki S, Jo JI, Hoshina K, Fujimori Y, Oka K, Amano T, Yamanaka T, Tachibana M, Tabata Y, Shiozawa T, Ishizuka O, Hochi S, *Takashima S.
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Journal Title
Stem Cell Reports
Volume: 10
Pages: 1782, 1792
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] DNMTs and SETDB1 function as co-repressors in MAX-mediated repression of germ cell-related genes in mouse embryonic stem cells.2018
Author(s)
Tatsumi D, Hayashi Y, Endo M, Kobayashi H, Yoshioka T, Kiso K, Kanno S, Nakai Y, Maeda I, Mochizuki K, Tachibana M, Koseki H, Okuda A, Yasui A, Kono T, *Matsui Y.
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Journal Title
PLoS One.
Volume: 13
Pages: e0205969
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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