2019 Fiscal Year Annual Research Report
Mechanisms of constructing totipotent nuclei
| Project Area | Program of totipotency: From decoding to designing |
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| Project/Area Number |
19H05751
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| Research Institution | Kindai University |
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Principal Investigator |
宮本 圭 近畿大学, 生物理工学部, 講師 (40740684)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
島本 勇太 国立遺伝学研究所, 新分野創造センター, 准教授 (80409656)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2024-03-31
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| Keywords | 全能性 / 核構造 / 核骨格 / 核アクチン / リプログラミング / 転写 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
精子核や体細胞核は卵細胞内で再プログラム化され、全ての細胞へと分化する全能性を獲得する。全能性獲得過程で、これらの核は急激に膨化し、脱凝縮したクロマチンを有する特徴的な形態を示す。このようにして胚の全能性を支える核、即ち「全能性核」がつくり上げられるが、その核内構造や核形成にかかわる因子が全能性のプログラムといかに関連しているかについてはほとんど分かっていない。さらに近年、核の機能がその機械的性質と相関することを示唆する研究結果が数多く報告されているが、全能性核についての知見は極めて乏しい。そこで本研究では、全能性を有するマウス受精卵や初期胚期における核の機能に着目し、少数細胞解析技術や生物物理解析手法を駆使し、核形成や機能維持に関わる因子やその作用機序解明を目指す。
マウス受精卵の前核内構造を明らかにするため、核骨格タンパク質に着目した。核骨格タンパク質として核アクチンタンパク質が知られているが、特異的プローブによってその挙動を調べたところ、雌雄前核内に重合化アクチンの網目状構造が作られることを発見した。これは、体細胞の核内でG1初期に観察される重合化アクチンと異なり、1細胞期を通じて前核の核骨格を形作ることがわかった。また、この受精卵特異的に形成される核アクチンの重合化を人為的に操作する方法を発展させ、胚発生における役割を明らかにした。
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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
令和元年度の実験においては、当初の計画通り、受精卵特異的に形成される重合化核アクチン構造を人為的に制御する方法を発展させた。これを利用し、受精卵特異的重合化核アクチンの役割を様々な視点から明らかにした。例えば、核サイズの調節やDNA損傷修復において、核アクチンの重合化が必要であることがわかった。また、受精卵特異的核アクチンの重合化は、2細胞期における胚性ゲノムの活性にも影響を与えることも明らかにした。以上の結果を通じて、受精卵前核内の核骨格が、全能性の獲得過程における役割を示した。加えて、胚性ゲノム活性化の制御機構の一つに、母性PIASyタンパク質の分解が重要な役割を果たすことも報告した。また、マウス受精卵前核の機械的性質の解析に生物物理解析手法の導入に成功し、前核が有する特殊な物性を示唆する結果も得ている。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和2年度は、以下に示す3つの方向性で研究を進める
(1)受精卵特異的核骨格構造の発生生物学的意義の解明 令和元年度の実験により、受精卵特異的重合化核アクチンの役割の多くが明らかとなった。これらの細胞生物学的役割を統合し、受精卵の前核内にのみ何故重合化核アクチンが必要となるのかモデルを提唱し、論文として発表することを計画している。
(2)マウス初期胚における核の硬さや粘弾性の変化 令和元年度の実験から、ガラスマイクロニードルを使った顕微力学操作と細胞生物学の分子操作を組み合わせて、前核の機械特性を計測可能であること示した。この実験系を用い、受精卵から胚盤胞期胚までの各ステージにおける核の機械特性を決定する。また、発生の各ステージ間、あるいは体細胞核や幹細胞核から得られたデータとの比較解析により、全能期の核に特徴的な機械特性を同定する。また、同定した機械特性と各ステージの発生能力の相関を調べ、核の物性と胚の発生能力の関係という新たな視点で研究を進めていく。
(3)全能性核の特性を模倣した核の再構築系の探索 上記2つの到達目標が達成された際、全能性核に特異的な核内構造と物性が明らかとなる。これらの評価基準をもとに、様々な方法で全能性核の特性を模倣した核を体細胞核から人為的に作出する方法を試す。我々が独自に開発した核移植法を用い、核骨格、クロマチン構造そして物性といった核の性質を出来るだけ全能核様に模倣できる条件の検討を行う。
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[Presentation] 受精卵の発生能を予測するシステムの開発について2019
Author(s)
山本真理, Nicole Cheung, 塚口智将, 小林久人, 神尾明日香, 奥野智美, 神谷拓磨, 越智浩介, 井橋俊也, 辻本佳加理, 坂本裕子, 笠原善斗, 眞銅大暉, 河野友宏, 松本和也, 宮本圭
Organizer
第３回日本胚移植技術研究会大会（和歌山大会）
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[Presentation] 受精卵の発生能を予測するシステムの開発2019
Author(s)
山本 真理, Nicole CHEUNG, 塚口 智将, 小林 久人, 神尾 明日香, 奥野 智美, 神谷 拓磨, 越智 浩介, 井橋 俊也, 辻本 佳加理, 坂本 裕子, 笠原 善斗, 眞銅 大暉, 河野 友宏, 松本 和也, 宮本 圭
Organizer
第112回 日本繁殖生物学会大会
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[Presentation] 核移植における体細胞核の全能性獲得に関与する遺伝子の探索2019
Author(s)
井橋 俊哉, 森 美樹, 今里 佑馬, 日下部 春奈, 梶栗 尚明, 松澤 由佳, 神谷 拓磨, 奥野 智美, 山本 真理, 越智 浩介, 坂本 裕子, 辻本 佳加理, 笠原 善斗, 松橋 珠子, 松本 和也, 宮本 圭
Organizer
第112回 日本繁殖生物学会大会
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[Presentation] 受精卵特異的重合化核アクチンの機能解析2019
Author(s)
奥野智美, Wayne Yang Li, 波多野裕, 鷹巣篤志, 山本真理, 池田善喜, Matthias Plessner, 坂本裕子, 守田昂太郎, 松本和也, 山縣一夫, Robert Grosse, 宮本圭
Organizer
第92回日本生化学会大会
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[Presentation] 光遺伝学ツールを用いた核アクチン重合化の促進と転写リプログラミングにおけるHP1ファミリータンパク質の動態2019
Author(s)
辻本佳加理, 白水宗, 小林智輝, 西満里奈, 辻村翔子, 神谷拓磨, 奥野智美, 山本真理, 越智浩介, 井橋俊哉, 坂本裕子, 笠原喜斗, 松橋珠子, 松本和也, Robert Grosse, 宮本圭
Organizer
第92回日本生化学会大会
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[Presentation] マウス前核期胚における重合化核アクチンの機能解明に向けて2019
Author(s)
奥野智美, Wayne Yang Li, 波多野裕, 鷹巣篤志, 山本真理, 池田善貴, Matthias Plessner, 坂本裕子, 守田昂太郎, 松本和也, 山縣一夫, Robert Grosse, 宮本圭
Organizer
新学術領域研究「全能性プログラム：デコーディングからデザインへ」若手勉強会2019
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[Presentation] 細胞分裂及びDNA複製非依存的新規核移植法による転写リプログラミング2019
Author(s)
神谷拓磨, Christopher A. Penfold, 奥野智美, 山本真理, 越智浩介, 井橋俊哉, 辻本佳加理, 坂本裕子, 松橋珠子, 松本和也, 宮本圭
Organizer
新学術領域研究「全能性プログラム：デコーディングからデザインへ」若手勉強会2019
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[Presentation] 核移植における全能性獲得に関与する遺伝子の機能解析2019
Author(s)
井橋 俊哉, 濱中瑞斗, 加地正弥, 森美樹, 今里佑馬, 日下部春奈, 梶栗尚明, 松澤由佳, 神谷拓磨, 奥野智美, 山本真理, 越智浩介, 坂本裕子, 辻本佳加理, 笠原喜斗, 松橋珠子, 松本和也, 伊川正人, 宮本圭
Organizer
新学術領域研究「全能性プログラム：デコーディングからデザインへ」若手勉強会2019
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[Presentation] マウス初期胚における核内アクチンタンパク質と初期細胞分裂の関係性2019
Author(s)
坂本裕子, 奥野智美, Wayne Yang Li, 眞銅太暉, 鷹巣篤志, 山本真理, 波多野裕, 池田善貴, Matthias Plessner, 守田昂太郎, 松本和也, 山縣一夫, Robert Grosse, 宮本圭
Organizer
新学術領域研究「全能性プログラム：デコーディングからデザインへ」若手勉強会2019
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[Presentation] 光遺伝学ツールを用いた核アクチン重合化の促進と転写リプログラミングにおけるクロマチンタンパク質の動態2019
Author(s)
辻本佳加理, 白水宗, 小林智輝, 西満里奈, 辻村翔子, 守屋朱香, 國富瑞生, 松橋珠子, 松本和也, Robert Grosse, 宮本圭
Organizer
新学術領域研究「全能性プログラム：デコーディングからデザインへ」若手勉強会2019
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[Presentation] マウス受精卵を用いた内在性核内繊維状アクチンの可視化法の検討2019
Author(s)
眞銅 大暉, 坂本 裕子, 奥野 智美, Li Yang, 山本 真理, 神谷 拓磨, 越智 浩介, 井橋 俊哉, 辻本 佳加理, 笠原 喜斗, 松 橋 珠子, 松本 和也, Robert Grosse, 宮本 圭
Organizer
第42回日本分子生物学会年会
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[Presentation] カエル卵母細胞を用いた転写リプログラミング機構の解析2019
Author(s)
辻本 佳加理, 白水 宗, 小林 智輝, 西 満里奈, 辻村 翔子, 神谷 拓磨, 奥野 智美, 山本 真理, 越智 浩介, 井橋 俊哉, 坂本 裕子, 笠原 喜斗, 眞銅 大暉, 松橋 珠子, 松本 和也, Grosse Robert, 宮本 圭
Organizer
第42回日本分子生物学会年会
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[Presentation] 核内アクチンタンパク質の重合化がマウス初期胚の細胞分裂に及ぼす影響2019
Author(s)
坂本 裕子, 奥野 智美, Li Yang, 山本 真理, 神谷 拓磨, 越智 浩介, 井橋 俊哉, 辻本 佳加理, 笠原 喜斗, 眞銅 大暉, 松 橋 珠子, 松本 和也, Robert Grosse, 宮本 圭
Organizer
第42回日本分子生物学会年会
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[Presentation] マウス初期胚発生における受精卵特異的重合化核アクチンの機能解析2019
Author(s)
奥野 智美, Li Wayne Yang, 波多野 裕, 鷹巣 篤志, 山本 真理, 池田 善貴, Matthias Plessner, 坂本 裕子, 守田 昂太郎, 松本 和也, 山縣 一夫, Robert Grosse, 宮本 圭
Organizer
第42回日本分子生物学会年会
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[Presentation] 細胞周期を停止したマウス初期胚による核リモデリング2019
Author(s)
神谷 拓磨, 西浦 伊織, 奥野 智美, 山本 真理, 越智 浩介, 井橋 俊哉, 辻本 佳加理, 坂本 裕子, 笠原 善斗, 眞銅 大暉, 松橋 珠子, 松本 和也, 宮本 圭
Organizer
第42回日本分子生物学会年会
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[Presentation] マウス初期胚発生における受精卵特異的重合化核アクチンの機能解析2019
Author(s)
奥野 智美, Li Wayne Yang, 波多野 裕, 鷹巣 篤志, 山本 真理, 池田 善貴, Plessner Matthias, 坂本 裕子, 守田 昂太, 郎, 松本 和也, 山縣 一夫, Grosse Robert, 宮本 圭
Organizer
第42回日本分子生物学会年会
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[Presentation] 核移植における体細胞核の全能性獲得に関与する遺伝子の機能解析2019
Author(s)
井橋 俊哉, 森 美樹, 今里 佑馬, 日下部 春奈, 梶栗 尚明, 松澤 由佳, 加地 正弥, 濱中 瑞斗, 神谷 拓磨, 奥野 智美, 山 本 真理, 越智 浩介, 坂本 裕子, 辻本 佳加理, 笠原 喜斗, 眞銅 大暉, 松橋 珠子, 伊川 正人, 松本 和也, 宮本 圭
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第42回日本分子生物学会年会
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[Presentation] 受精卵の全能性を評価する方法の開発に向けて2019
Author(s)
山本 真理, Nicole Cheung, 塚口 智将, 小林 久人, 神尾 明日香, 奥野 智美, 神谷 拓磨, 越智 浩介, 井橋 俊哉, 辻本 佳加理, 坂本 裕子, 笠原 善斗, 眞銅 大暉, 河野 友宏, 松本 和也, 宮本 圭
Organizer
第42回日本分子生物学会年会
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