配偶子形成とゲノム刷込みのエピゲノム制御機構

2011 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: The germline: its developmental cycle and epigenome network
• Project/Area Number: 20062010
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 佐々木 裕之 九州大学, 生体防御医学研究所, 教授 (30183825)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 秦 健一郎 国立成育医療センター(研究所), 周産期病態研究部, 部長 (60360335)
• Keywords: 発生・分化 / 発現制御 / 生殖細胞 / エピゲノム / ゲノム刷込み

Research Abstract

交付申請書の実施計画に沿って以下の研究を行った。(1)de novo DNAメチル化酵素本体と相互作用する有望な新規因子は得られなかったが、酵母2ハイブリッド法によりDnmt3Lと相互作用する因子を同定した。これがCa依存性プロテアーゼであることを示し、ノックアウト法により配偶子形成等への影響を調べている(分担者の秦が担当)。(2)piRNAの生合成に関わるMili及びMitoPLD/Pld6のノックアウトマウスを用いて、雄性生殖細胞においてインプリント遺伝子Rasgrf1がpiRNAに依存してDNAメチル化されることを発見した。ほかのインプリント遺伝子には影響がなかった。またpiRNAがRasgrf1のメチルを起こすには、相補的なnon-coding RNAの転写が必要であることを示した。これらを総合して、non-coding RNAがメチル化に必要な複合体をリクルートするというモデルを提唱した(Science 2011)。(3)アイコンプローブ(5-メチルシトシンに高い親和性を示す)による蛍光in situハイブリダイゼーションとオスミウムによる固定化で、サテライト配列のメチル化状態は常時単一細胞レベルで可視化できるようになった。しかし、シングルコピー配列の検出には至っていない。この方法を用いてこれまで非メチル化であると考えられていた雄性生殖細胞のサテライト配列が実はヒドロキシメチル化されていることを発見した(投稿準備中)。(4)各種Dnmtのノックアウト卵子を用いて、前年度に発見した卵子の非CpGメチル化はDnmt3aとDnmt3Lの複合体により触媒されることを発見した。非CpGメチル化の意義は不明だが、次世代シークエンサーを用いたゲノムワイドマッピングの結果、CpGメチル化が豊富な領域に非CpGメチル化も多く分布することが分かった。現在更に詳しい解析を行なっている。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

piRNAがRasgrf1遺伝子の刷り込みに関わることをScience誌に報告し、単一細胞レベルで雄性生殖細胞のサテライト配列のメチル化を可視化する等、概ね順調に配偶子形成とゲノム刷り込みのエピゲノム制御に関する研究が進展していると判断できる。

Strategy for Future Research Activity

最終年度に向けて、Dnmt3Lと相互作用する因子の解析を加速し、単一細胞レベルで特定配列のメチル化を可視化する技術と非CpGメチル化についての成果を論文に取りまとめることを中心に研究を推進する。

Research Products

• [Journal Article] Genomic imprinting and its relevance to congenital disease, infertility, molar pregnancy and induced pluripotent stem cells (2012)
  • Author(s): Tomizawa, S. & Sasaki, H
  • Journal Title: J. Hum. Genet Volume: 57 Pages: 84-91
  • DOI: doi:10.1038/jhg.2011.151
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Active role of small non-coding RNAs derived from SINE/B1 retrotransposon during early mouse development (2012)
  • Author(s): Ohnishi, Y., Totoki, Y., Toyoda, A., Watanabe, T., Yamamoto, Y., Tokunaga, K., Sakaki, Y., Sasaki, H. & Hohjoh, H
  • Journal Title: Mol. Biol. Rep Volume: 39 Pages: 903-909
  • DOI: doi:10.1007/s11033-011-0815-1
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Re-investigation and RNA sequencing-based identification of geneswith placenta-specific imprinted expression (2012)
  • Author(s): Okae, H., et al
  • Journal Title: Hum.Mol.Genet. Volume: 21 Pages: 548-558
  • DOI: 10.1093/hmg/ddr488
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Locus- and domain-dependent control of DNA methylation at mouse B1 retrotransposons during male germ cell development (2011)
  • Author(s): Ichiyanagi, T., Fukuda, K., Kitayama, J., Yamamoto, Y., Kuramochi-Miyagawa, S., Nakano, T., Yabuta, Y., Seki, Y., Saitou, M., & Sasaki, H
  • Journal Title: Genome Res Volume: 21 Pages: 2058-2066
  • DOI: doi:10.1101/gr.123679.111
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Role for piRNAs and non-coding RNA in de novo DNA methylation of the imprinted mouse Rasgrf1 locus (2011)
  • Author(s): Watanabe, T., Tomizawa, S., Mitsuya, K., Totoki, Y., Yamamoto, Y., Kuramochi-Miyagawa, S., Iida, N., Hoki, Y., Murphy, P.J., Toyoda, A., Gotoh, K., Hiura, H., Arima, T., Fujiyama, A., Sado, T., Shibata, T., Nakano, T., Lin, H., Ichiyanagi, K., Soloway, P.D. & Sasaki, H
  • Journal Title: Science Volume: 332 Pages: 848-52
  • DOI: doi:10.1126/science.1203919
  • Peer Reviewed
• [Presentation] The regulatory network of small RNAs and DNA methylation in mouse germ cells revealed by high-throughput sequencing combined with genetic studies (2012)
  • Author(s): Sasaki, H.
  • Organizer: Computational Biology Research Center Workshop 2011, AIST
  • Place of Presentation: 産業技術総合研究所(東京)(招待講演)
  • Year and Date: 2012-01-26
• [Presentation] DNAメチル化と小分子RNAの網羅的解析がもたらす新発見 (2011)
  • Author(s): 佐々木裕之
  • Organizer: 第34回日本分子生物学会年会バイオテクノロジーセミナー
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜(神奈川)(招待講演)
  • Year and Date: 2011-12-16
• [Presentation] DNAメチル化に依らないゲノムインプリンティング (2011)
  • Author(s): 千葉初音, 他
  • Organizer: 第34回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜(神奈川)
  • Year and Date: 2011-12-16
• [Presentation] Role of small RNAs in shaping the epigenome of germ cells for genome defense and imprinting (2011)
  • Author(s): Sasaki, H.
  • Organizer: 第27回国際生物学賞記念シンポジウム
  • Place of Presentation: 京都ガーデンパレス(京都)(招待講演)
  • Year and Date: 2011-11-30
• [Presentation] The regulatory network of small RNAs and DNA methylation in mouse germ cells (2011)
  • Author(s): Sasaki, H.
  • Organizer: EpiGeneSys 1st Annual Meeting, IMBA
  • Place of Presentation: Institute fur Molekulare Biotechnologie GmbH, Vienna, Austria(招待講演)
  • Year and Date: 2011-11-25
• [Presentation] Germline small RNA and imprinting (2011)
  • Author(s): Sasaki, H.
  • Organizer: ICC on Genomic Imprinting and Beyond 2011
  • Place of Presentation: Institut d'Estudis Catalans, Barcelona, Spain(招待講演)
  • Year and Date: 2011-09-23
• [Presentation] Role of small RNAs in shaping the epigenome of germ cells for genome defense and imprinting (2011)
  • Author(s): Sasaki, H.
  • Organizer: KEY Forum in Developmental Biology and Regenerative Medicine
  • Place of Presentation: 熊本大学工学部百周年記念館(熊本)(招待講演)
  • Year and Date: 2011-09-09
• [Presentation] 哺乳類生殖細胞の小分子RNAとエピゲノム制御Small RNA and epigenomic regulation in mammalian germ cells (2011)
  • Author(s): 佐々木裕之
  • Organizer: 第3回日本RNAi研究会
  • Place of Presentation: グランドプリンスホテル広島(広島)(招待講演)
  • Year and Date: 2011-08-27
• [Presentation] Mammalian germline small RNAs and epigenetic programming (2011)
  • Author(s): Sasaki, H.
  • Organizer: Gordon Research Conferences (Epigenetics)
  • Place of Presentation: Stonehill College, Easton, MA (USA)(招待講演)
  • Year and Date: 2011-08-09
• [Presentation] Role of epigenetics and small RNAs in genome defense and developmental control in mammalian germ cell (2011)
  • Author(s): Sasaki, H.
  • Organizer: The 6^<th> International Symposium of InstituteNetwork and the 10^<th> Surugadai International Symposium, Joint Usage/Research Program of Medical Research Institute International Symposium
  • Place of Presentation: 東京医科歯科大学鈴木章夫記念講堂(東京)(招待講演)
  • Year and Date: 2011-06-10
• [Presentation] Role of Small RNAs in Shaping the Epigenome of Germ Cells for Genome Defense and Imprinting (2011)
  • Author(s): Sasaki, H.
  • Organizer: 6th Asian Epigenomics Meeting
  • Place of Presentation: KKRホテル熊本(熊本)(招待講演)
  • Year and Date: 2011-05-18
• [Book] 卵子学 (2011)
  • Author(s): 佐々木裕之
  • Total Pages: 103-109
  • Publisher: 京都大学学術出版会
• [Remarks] 研究室ホームページ
  • URL: http://www.bioreg.kyushu-u.ac.jp/labo/epigenome/