2022 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, 准教授 (40740684)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
島本 勇太 国立遺伝学研究所, 遺伝メカニズム研究系, 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 / ラミン / リプログラミング / 転写 / 機械特性 |
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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。
これまでのマウス受精卵を用いた研究より、全能性核の構築に関する新たなキープレーヤとして核内アクチンタンパク質を同定した。また、本研究計画における到達目標の一つである「全能性核の特性を模倣した核の再構築」について、マウス初期胚に直接体細胞核を移植する新規核移植系を立ち上げることによって、様々な哺乳動物細胞核から転写リプログラミング・核のリモデリングを誘導する実験系を報告した。さらに2022年度は、一つの大きなテーマに掲げていた「マウス初期胚における核の硬さや粘弾性の変化」について、マウス初期胚を用いて初めて核の物理特性を同定した。さらに、マウス2細胞期胚核の極度に柔らかく可塑的な核の物性にかかわる因子の同定も成功した。このように、研究計画全体の目標達成に向けて大きく前進した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
令和4年度の実験においては、生きたままのマウス初期胚において核の硬さや粘弾性の変化の計測に成功した。この研究より、マウス2細胞期胚の核は、他の発生ステージと比較して核が変形し、さらにその硬さも特に軟らかい性質を有することがわかった。これは、2細胞期において、核膜上のラミンB1タンパク質が一過的にオートファジーによって分解されることによって引き起こされることを示した。さらに、内在性のラミンB1の分解を特異的に阻害する方法も見つけ、2細胞期におけるラミンB1の分解を阻害したところ、2細胞期に起こるはずの胚性ゲノム活性化が誘導されなかった。このように、全能期の核に特異的な物性を初めて明らかにするとともに、それに関わる分子機序や発生における役割についても知見を得た。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度となる令和5年度は、以下に示す3つの方向性で研究を進め、当初の研究計画の完遂を目指す。
(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4年度までの実験により、受精卵特異的重合化核アクチンが胚性ゲノム活性化に関与することを示すデータを得て、その下流にある転写因子も特定した。今年度は、重合化核アクチン形成の上流因子の同定を試み、アクチンの核骨格構造形成を介した胚発生・遺伝子発現制御機構の包括的な理解を目指す。
(2) マウス初期胚における核の硬さや粘弾性の変化：令和4年度の実験から、マウス2細胞期胚核の特殊な物性とそれを規定する分子としてラミンB1を同定した。さらに、ラミンB1の分解が胚性ゲノムの活性化に重要であることも発見した。今年度は、2細胞期におけるラミンB1の一過的な分解が、どのように胚性ゲノム活性化に寄与するかについて、クロマチンレベルの解析を行い知見を得る。また、マウス2細胞期胚の核の特殊な物性と胚の発生能の関係についても調べる。以上の実験を通じて、初期胚発生における核自体の性質変化が、全能性獲得過程で必須となることの証明に挑む。
(3) 全能性核の特性を模倣した核の再構築系の探索：我々が独自に開発した核移植法を用いて、同種・異種の分化細胞核を初期胚核様に初期化する手法を既に確立した。今年度はさらに、開発した新規核移植法で初期化した細胞から幹細胞を樹立する方法を検討し、当初の予定以上の成果を目指す。
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Research Products
(34 results)
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[Presentation] Single-cell RNA-seq法を用いた体外成熟ヒト卵のトランスクリプトーム解析2022
Author(s)
山本 真理, 武内 大輝, 福井 愛実, 井上 明裕, 前沢 忠志, 西岡 美喜子, 近藤 英司, 池田 智明, 松本 和也, 宮本 圭, 坂上 凜, 林 麻耶, 眞銅 大暉, 鷹巣 篤志, 井橋 俊哉
Organizer
第115回 日本繁殖生物学会大会
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[Presentation] ウシ母性転写産物量を指標とした胚の品質評価法の検討2022
Author(s)
井上 明裕, 山之内 忠幸, 松田 秀雄, 山本 真理, 井橋 俊哉, 眞銅 大暉, 鷹巣 篤志, 林 真那, 坂上 凛, 松本 和也, 宮本 圭
Organizer
第115回 日本繁殖生物学会大会
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[Presentation] 哺乳類胚の発生能に関連する母体転写産物の同定とその利用2022
Author(s)
井上明裕, 山之内忠幸, 松田秀雄, 山本真理, 井橋俊哉, 鷹巣篤志, 坂上凜, 崎俊太朗, 宮川靖基, 森龍之介, 松本和也, 宮本圭
Organizer
新学術・学術変革領域合同 若手の会 2022
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[Presentation] マウス体細胞核移植胚におけるAlyrefとGabpb1の役割2022
Author(s)
西崎俊太朗, 井橋俊哉, 森龍之介, 山本真理, 眞銅大輝, 林真那, 鷹巣篤志, 坂上凜, 井上明裕, 宮川靖基, 松本和也, 伊川正人, 宮本圭
Organizer
新学術・学術変革領域合同 若手の会 2022
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[Presentation] 全能性獲得に関与するAlyref・Gabpb1遺伝子のマウス初期胚発生における役割2022
Author(s)
森龍之介, 井橋俊哉, 西崎俊太朗, 山本真理, 鷹巣篤志, 坂上凜, 井上明裕, 宮川靖基, 松本和也, 伊川正人, 宮本圭
Organizer
新学術・学術変革領域合同 若手の会 2022
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[Presentation] 受精卵特異的核内F-actinの可視化と機能解析2022
Author(s)
宮川靖基, 坂本裕子, 坂上凛, 眞銅大暉, 井橋俊哉, 鷹巣篤志, 山本真理, 森龍之介, 西崎俊太朗, 井上明裕, 門野莉紗, 松本和也, 宮本圭
Organizer
新学術・学術変革領域合同 若手の会 2022
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[Presentation] Incomplete activation of developmentally required genes Alyref and Gabpb1 leads to preimplantation arrest in cloned mouse embryos2022
Author(s)
Shunya Ihashi, Mizuto Hamanaka, Masaya Kaji, Ryunosuke Mori, Shuntaro Nishizaki, Miki Mori, Yuma Imasato, Atsushi Takasu, Misaki Nakamura, Kazuya Matsumoto, Masayuki Anzai, Masahito Ikawa, Kei Miyamoto
Organizer
The International Symposium "Totipotency and Germ Cell Development"
Int'l Joint Research
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[Presentation] 哺乳類胚の品質評価へとつながる母性転写産物バイオマーカーの探索2022
Author(s)
井上 明裕, 山本 真理, 山之内 忠幸, 松田 秀雄, 井橋 俊哉, 眞銅 大暉, 鷹巣 篤志, 林 真那, 坂上 凜, 松本 和也, 宮本 圭
Organizer
第45回日本分子生物学会
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[Presentation] マウス初期胚における核骨格タンパク質ラミンの定量的動態解析2022
Author(s)
坂上凜, 田中真己, 眞銅大暉, 宮川靖基, 山本真理, 井橋俊哉, 鷹巣篤志, 林真那, 松本和也, 島本勇太, 宮本圭
Organizer
第45回日本分子生物学会
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[Presentation] 核内F-アクチンを介した胚性ゲノム活性化経路2022
Author(s)
眞銅 大暉, 坂本 裕子, 坂上 凜, 宮川 靖基, 山本 真理, 井橋 俊哉, 鷹巣 篤志, 林 真那, 井上 明裕, 森 龍之介, 崎 俊太朗, 門野 莉沙, 松本 和也, 宮本 圭
Organizer
第45回日本分子生物学会
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[Presentation] 初期胚発生に必須な遺伝子AlyrefおよびGabpb1ノックアウトにおける発生停止機構の解明2022
Author(s)
井橋 俊哉, 森 龍之介, 崎 俊太郎, 中村 岬, 濱中 瑞斗, 加地 正弥, 森 美樹, 今里 佑馬, 山本 真理, 眞銅 大暉, 鷹巣 篤志, 坂上 凛, 安齋 政幸, 松本 和也, 伊川 正人, 宮本 圭
Organizer
第45回日本分子生物学会
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