2013 Fiscal Year Annual Research Report
マウス受精卵前核期におけるクロマチンダイナミクスの解析
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13J01051
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
青島 圭佑 北海道大学, 大学院獣医学研究科, 特別研究員(DC2)
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| Keywords | エピジェネティクス / リプログラミング / 受精卵 / 発生 |
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| Research Abstract |
受精卵は受精直後の前核期においてエピジェネティック情報(DNAメチル化やヒストン修飾などをダイナミックに変化させ, 全能性を獲得する。この機構はリプログラミングと呼ばれ, 初期胚発生に必須の機構である。私は当該部位におけるゲノム全体の内在性メチル化を消去することができるK-M変異体を用いた解析により, ヒストンH3K4のメチル化を介した雄性前核の胚性遺伝子活性化(minor ZGA)が初期胚発生に必須であることを明らかにし, さらに前核期において重要なH3K4メチル化酵素としてM113を同定した。受精卵前核期のヒストン修飾の変化はその重要性が示唆されながらも, ヒストン修飾をゲノムワイドに消去することが不可能であったことから, その詳細は明らかにされてこなかった。私は昨年報告されたばかりのK-M変異体を受精卵研究にいち早く応用してこの壁を打ち破り, 前核期において重要なヒストン修飾とそのminor ZGAへの関与を明らかにした。今後は同定したH3K4メチル化酵素であるM113をノックダウンした受精卵を用いてRNA-seqおよびChIP-seqを実施し, M113のターゲット遺伝子を同定する。そして, そのターゲット遺伝子の機能を解析することで, リプログラミング機構の全容を明らかにする。エピジェネティクスはがんや糖尿病など様々な疾患の病態発現に関与していることが報告されているが, その分子機構には不明な点が多く, 病態解明や新規治療法の開発には結びついていない。リプログラミングではエピジェネティクス情報がダイナミックに変化するため, 様々なエピジェネティクス機構の関与が考えられており, 本研究の成果は発生学や再生学の発展に寄与するだけでなく, 新たなエピジェネティック機構の発見を通じて様々な疾患の病態解明や新規治療法開発にもつながることが期待できる。
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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
本研究の目的である「リプログラミングを遺伝子レベルで明らかにする」ことに関しては, リプログラミング時においてH3K4のメチル化が重要であることを明らかにすると共に, そのメチル化酵素の候補としてM113を同定することで, 目標達成に近づいた。今後はM113がターゲットとする遺伝子を同定することでリプログラミング機構の全容を明らかにする。また, 前核期後期における胚性遺伝子活性化が初期胚発生に必須であることがわかり, その制御にH3K4のメチル化が関与していることも示した。これは当初の目的を上回る成果であり, 当初の計画以上に研究が進展していることを示している。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後はM113をノックダウンした受精卵を用いてRNA-seqを行い, M113ノックダウンにより発現が変動する遺伝子を同定する。その後, 同定された遺伝子上におけるH3K4のメチル化状態をChIP-seqにより明らかにし, M113のターゲットであることを確かめる。しかし, RNA-sepおよびChIP-seqは大量の細胞(約10000個以上)を必要とする解析法であり, サンプル数が限られる受精卵への応用は難しい。そこで, RNA-seqにおいては複数報告されている1細胞からのRNA-seq (Angela R Wu et al, 2014, Nature Method. Sasagawa Y et al, 2013, Genome Biol)を受精卵解析に改良・応用し, ChIP-seqにおいては少量スケールのChIP法(Anas F et al, 2013, Nat Struct Mol Biol. Zwart W et al, 2013, BMC Genomics)をChIP-seqに応用し, 受精卵でのRNA-seq及びChIP-seqを試みる。
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