マウスPGCの形成を制御する分子ネットワークの解明

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Mechanisms regulating gamete formation in animals
• Project/Area Number: 25114003
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 松居 靖久 東北大学, 加齢医学研究所, 教授 (40241575)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 酒井 則良 国立遺伝学研究所, 大学共同利用機関等の部局等, 准教授 (50202081)
• Project Period (FY): 2013-06-28 – 2018-03-31
• Keywords: 始原生殖細胞 / 多能性幹細胞 / マウス / ニワトリ / ゼブラフィッシュ / プラナリア / Max / Brg1

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、始原生殖細胞(PGC)と多能性幹細胞の違いを生み出している遺伝子ネットワークの解析により、マウスのPGC形成機構を明らかにし、さらにその進化上の普遍性をいくつかのモデル生物を使って解明することを目的とする。これまでの研究で、転写因子のMaxやBrg1などが、マウスES細胞において生殖細胞特異的遺伝子の発現を包括的に抑制していることを明らかにしている。まずプラナリアでMaxノックダウン(KD)を行ったところ、調べた６種類の生殖細胞特異的遺伝子のうち、２種類の遺伝子の発現がKDに依存して有意な発現上昇を示すことがわかった。またBrg1-KDでは、この６種類の遺伝子の中でMax-KDの場合とは異なる３種類の遺伝子の発現が有意に上昇した。これらの結果から、プラナリアではマウスES細胞とはことなりMaxは一部の生殖細胞特異的遺伝子の発現抑制に係わっていると考えられた。またニワトリ初期胚の多能性幹細胞であるブラストダーム細胞を培養し、shRNA発現ベクターを導入し、Max-KDを行うと、調べた３種類の生殖細胞特異的遺伝子の中で１つの遺伝子は有意に発現上昇、２番目の遺伝子は上昇傾向、残りの１遺伝子は減少傾向を示すことがわかり、ニワトリにおいてもMax-KDの効果がマウスES細胞とは異なると考えられた。一方、有意に発現上昇した１遺伝子についてタンパクレベルでの発現を免疫染色により調べたところ、発現細胞数が有意に増加することが明らかになり、Max-KDによりより多くの生殖細胞が形成される可能性が示唆された。さらにゼブラフィッシュ初期胚から樹立したES細胞でMax-KDを行ったところ、調べた６種類の生殖細胞特異的遺伝子の全てが上昇傾向を示すことがわかり、MaxがゼブラフィッシュES細胞ではマウスES細胞と同様の働きをしている可能性が示唆された。

Current Status of Research Progress

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

Reason

プラナリアとニワトリ胚では、生殖細胞遺伝子の発現抑制に対するMaxの機能はマウスES細胞とは異なると結論できた。一方、ニワトリ胚ではMaxの機能阻害により始原生殖細胞形成が促進される可能性が示唆された。またゼブラフィッシュES細胞では、マウスと同様にMaxが生殖細胞特異的遺伝子発現を包括的に抑制している可能性が示唆された。

Strategy for Future Research Activity

ニワトリ初期胚細胞でのノックダウンは、ブラストダーム細胞からES細胞を樹立し、Max-KDにより生殖細胞特異的遺伝子の包括的な発現誘導が起こるかを調べる。また、in vivoでブラストダーム細胞でのMax-KDを行い、誘導される始原生殖細胞数に対する影響、および誘導された始原生殖細胞の配偶子への分化能を調べる。ゼブラフィッシュにつては、ES 細胞へのshRNAベクターの導入によるMax-KD、およびゲノム編集によるMax-KOを行い、生殖細胞特異的遺伝子の発現誘導が、より顕著に起こるかを調べる。また初期胚にin vivoでMaxのKD, KOを同様に行い、PGC形成と分化に対する影響を調べる。

Research Products

• [Journal Article] The protein phosphatase 6 catalytic subunit (Ppp6c) is indispensable for proper post-implantation embryogenesis. (2016)
  • Author(s): Ogoh, H., Tanuma, N., Matsui, Y., Hayakawa, N., Inagaki, A., Sumiyoshi, M., Momoi, Y., Kishimoto, A., Suzuki, M., Sasaki, N., Ohuchi, T., Nomura, M., Teruya, Y., Yasuda, K., Watanabe, T., Shima, H.
  • Journal Title: Mechanisms of Development Volume: 139 Pages: 1-9
  • DOI: org/10.1016/j.mod.2016.02.001
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Loss of MAX results in meiotic entry in mouse embryonic and germline stem cells. (2016)
  • Author(s): Suzuki, A., Hirasaki, M., Hishida, T., Wu, J., Okamura, D., Ueda, A., Nishimoto, M., Nakachi, Y., Mizuno, Y., Okazaki, Y., Matsui, Y., Izpisua Belmonte, J.C., Okuda, A.
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 7 Pages: 11056
  • DOI: 10.1038/ncomms11056
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Sall4 is essential for mouse primordial germ cell specification by suppressing somatic cell program genes (2015)
  • Author(s): Yamaguchi, Y. L., Satomi S. Tanaka, S. S., Kumagai, M, Yuka Fujimoto, Y., Terabayashi, T., Matsui, Y. and Nishinakamura, Y.
  • Journal Title: Stem Cells Volume: 33 Pages: 289-300
  • DOI: 10.1002/stem.1853
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Novel sex-dependent differentially methylated regions are demethylated in adult male mouse livers. (2015)
  • Author(s): Ito, S., Hirabayashi, K., Moriishi, K. Matsui, Y., Moriya, K., Koike, K., Matsuura, Y., Shiota, K. and Yagi, S
  • Journal Title: Biochemical and Biophysical Research Communications Volume: 462 Pages: 332-338
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2015.04.137
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Mice doubly-deficient in the Arf GAPs SMAP1 and SMAP2 exhibit embryonic lethality. (2015)
  • Author(s): Sumiyoshi, M, Masuda, N., Tanuma, N., Ogoh, H., Imai, E., Otsuka, M., Hayakawa, N., Ohno, K., Matsui, Y., Hara, K., Gotoh, R., Suzuki, M., Rai, S., Tanaka, H., Matsumura, I., Shima, H., Watanabe, T.
  • Journal Title: FEBS Letters Volume: 589 Pages: 2754-2762
  • DOI: org/10.1016/j.febslet.2015.07.050
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Sex Specification and Heterogeneity of Primordial Germ Cells in Mice. (2015)
  • Author(s): Sakashita, A., Kawabata, Y., Jincho, Y., Tajima, S., Kumamoto, S., Kobayashi, H., Matsui, Y. and Kono, T.
  • Journal Title: PLoS ONE Volume: 10 Pages: e0144836
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0144836
  • Peer Reviewed
• [Presentation] An RNAi screen for histone modifier genes involved in development of primordial germ cells in mice (2016)
  • Author(s): K. Mochizuki, H. Yokoyama and Y. Matsui.
  • Organizer: KEYSTONE SYMPOSIA on Molecular and Cellular Biology
  • Place of Presentation: British Columbia, Canada
  • Year and Date: 2016-03-20 – 2016-03-24
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] マウス胎仔線維芽細胞から始原生殖細胞を直接誘導する試み (2015)
  • Author(s): 関中 保、野瀬俊明、松居靖久
  • Organizer: 第８８回日本生化学会大会・合同大会
  • Place of Presentation: 神戸、神戸ポートアイランド
  • Year and Date: 2015-12-03 – 2015-12-05
• [Presentation] Identification and characterization of mouse cancer/tesits aitigen genes. (2015)
  • Author(s): Nana Aoki, Kentaro Mochizuki, Yasuhisa Matsui
  • Organizer: 第８８回日本生化学会大会・合同大会
  • Place of Presentation: 神戸、神戸ポートアイランド
  • Year and Date: 2015-12-02
• [Presentation] Dnd1変異マウスの始原生殖細胞におけるヒストン修飾解析 (2015)
  • Author(s): 顧巍、望月研太郎、松居靖久
  • Organizer: 第８８回日本生化学会大会・合同大会
  • Place of Presentation: 神戸、神戸ポートアイランド
  • Year and Date: 2015-12-01
• [Presentation] ナイーブ型多能性幹細胞を生殖細胞に直接変換する試み (2015)
  • Author(s): 松居靖久
  • Organizer: 第108回日本繁殖生物学会大会
  • Place of Presentation: 宮崎、宮崎大学
  • Year and Date: 2015-09-28
  • Invited
• [Presentation] Analysis of the machanisms that promote the reprogramming in Akt-acivated rimordial germ cells. (2015)
  • Author(s): Asuka Takehara, Yuko Tokitake, Yasuhisa Mastui.
  • Organizer: 48th Annual Meeting of the Japanese Society of Developmental Biologists
  • Place of Presentation: 筑波、つくば国際会議場
  • Year and Date: 2015-06-02 – 2015-06-05
• [Presentation] An attempt of direct reprogramming of mouse embryonic fibroblasts into primordial germ cells (2015)
  • Author(s): Tamotsu Sekinaka, Toshiaki Noce, Yasuhisa Matsui
  • Organizer: 48th Annual Meeting of the Japanese Society of Developmental Biologists
  • Place of Presentation: 筑波、つくば国際会議場
  • Year and Date: 2015-06-02 – 2015-06-05
• [Presentation] An RNAi screen for histone modifier genes involved in primordial germ cell fate determination in mice. (2015)
  • Author(s): Kentaro Mochizuki, Yasuhisa Matsui
  • Organizer: 48th Annual Meeting of the Japanese Society of Developmental Biologists
  • Place of Presentation: 筑波、つくば国際会議場
  • Year and Date: 2015-06-02 – 2015-06-05
• [Presentation] 始原生殖細胞の分化と再プログラム化の分子機構 (2015)
  • Author(s): 松居靖久
  • Organizer: 第60回日本生殖医学会学術講演会
  • Place of Presentation: 横浜、パシフィコ横浜
  • Year and Date: 2015-04-27
  • Invited