2014 Fiscal Year Annual Research Report
生殖幹細胞の減数分裂移行を制御するゲノム-エピゲノムプログラム
| Project Area | Analyses and regulation of germline epigenome |
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| Project/Area Number |
25112004
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
中馬 新一郎 京都大学, 再生医科学研究所, 准教授 (20378889)
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| Project Period (FY) |
2013-06-28 – 2018-03-31
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| Keywords | 生殖 / 減数分裂 / ゲノム / エピゲノム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
生殖細胞は遺伝情報を次世代に伝達し、個体発生の起点となる細胞系譜である。多細胞生物では、初期胚で運命決定を受けた予定生殖細胞は体細胞型分裂により増殖する一方、減数分裂、配偶子形成、受精を経て次世代の個体形成を開始する。生殖細胞のゲノム-エピゲノム情報の安定な継承は、個体、種の継続に重要であると共に、減数分裂による相同遺伝子組換えと１倍体化によって遺伝情報の多様性が生まれる。すなわち、生殖細胞の増殖分化過程ではゲノム-エピゲノム制御の大規模な転換が起こると共に、クロマチン動態は大きく変化する。減数分裂の制御機構の研究は、主に酵母等の単細胞生物を用いて行われる一方、多細胞生物においてその分子基盤の解明は進んでいない。研究代表者はマウス生殖幹細胞株（GS細胞株、領域代表の京都大学篠原らが樹立）が体細胞型分裂から第１減数分裂前期に移行する培養実験条件を作出した。このGS細胞の第１減数分裂の移行は同調して進行する事から分子生化学解析の有用な実験対象となる。本研究では、同実験系を主な研究材料として、プロテオーム、ChIP-seq等を用いた網羅的data-driven型研究と個別の遺伝子、経路の機能解析スクリーニングを用いて、（１）GS細胞の減数分裂移行を規定するゲノム-エピゲノムプログラム、（２）GS細胞の増殖分化転換に伴うクロマチン動態、（３）生殖細胞ゲノム-エピゲノムの環境応答、の包括的な理解を進める事を目的として研究を進めている。
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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
本研究計画では、マウス生殖幹細胞が体細胞型増殖から第１減数分裂前期に同調して移行する培養実験条件を主な研究材料として、体細胞型分裂から減数分裂移行に伴う核内動態の転換、減数分裂移行を制御するシグナル伝達と核内動態の分子クロストーク、の解析に取り組んでいる。具体的には、生殖幹細胞の増殖分化転換を制御する発生分化プログラムとクロマチン動態の連携を解明するため、GS細胞株の減数分裂誘導に関与する事が予想される遺伝子、経路について誘導型レンチウィルスシステムを用いた遺伝子機能獲得、抑制スクリーニングを行うと共に、ChIP-seq、マイクロアレイ解析等によるエピゲノム解析、遺伝子発現解析、および蛋白質発現解析、相対定量プロテオーム解析などを行う事で、古典的なレチノイン酸（RA）依存経路の下流に位置するpre-meiotic S期から減数分裂期コヒージンの染色体配置、相同染色体対合へ向けたシナプトネマル複合体の初期形成に至るクロマチン動態の詳細な動態の解明と、新たにRA非依存性の転写制御および翻訳制御の存在を明らかにした。特に減数分裂の進行を促進または抑制する転写因子及び翻訳制御因子の候補を同定した（生殖幹細胞から第1減数分裂レプトテン-ザイゴテン期までの制御）。またDNA組換え制御に関わる遺伝子ノックアウトマウスを作成し、ES細胞、体細胞、生殖細胞のDNA複製ストレス応答と染色体安定性に関する分子メカニズムの解明を行った。
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度までに取り組んだGS細胞株の減数分裂誘導に関するin vitro遺伝子機能獲得、抑制スクリーニングによって得られた機能候補因子について、GS細胞の生体精巣への移植実験や遺伝子改変マウス等を用いたin vivo実験によって、生理機能を実証する事を目指す。特に、古典的なレチノイン酸（RA）依存経路による減数分裂誘導と、新たに同定したRA非依存性の転写制御および翻訳制御によるクロマチン動態の制御クロストークに焦点を絞ると共に、上述のマルチオミクス研究により得られたエピゲノムデータ、発現データ、プロテオミクスデータ等を統合して、生殖幹細胞から第1減数前期誘導に伴う分子プロセスの全体像の把握に繋がる成果を得る事を目指す。
また、生殖幹細胞ではゲノム・エピゲノム情報を出来るだけ安定に保護するメカニズムが働くものと考えられるが、その分子基盤は殆ど明らかになって居ない。生殖幹細胞のゲノム・エピゲノム恒常性について、他の幹細胞や体細胞との比較により、特徴的な分子機構の解析に取り組むと共に、減数分裂期から配偶子形成プロセスのゲノム・エピゲノム情報の継承と再編のメカニズム解明に取り組む。これら研究では、GS細胞株やES細胞株のin vitro分化誘導系におけるゲノム・エピゲノム恒常性やその変動の解析を研究の主軸に用いると共に、生殖細胞の発生分化から配偶子形成、また受精後の初期発生プロセスのin vivo解析を行い、生殖生物学、発生生物学とゲノム・エピゲノム制御に関する学際的研究を展開する事を目指す。
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[Journal Article] HSP90α plays an important role in piRNA biogenesis and retrotransposon repression in mouse2014
Author(s)
Ichiyanagi, T., Ichiyanagi, K., Ogawa, A., Kuramochi-Miyagawa, S., Nakano, T., Chuma, S., Sasaki, H., *Udono, H
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Journal Title
Nucleic Acids Res
Volume: 42
Pages: 11903-11
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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