2020 Fiscal Year Annual Research Report
多能性細胞から生殖細胞への変換を制御する遺伝子ネットワークの進化的起源と変容
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18H02422
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| Research Institution | Kwansei Gakuin University |
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Principal Investigator |
関 由行 関西学院大学, 理工学部, 准教授 (20435655)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 多能性細胞 / 始原生殖細胞 / イベリアトゲイモリ / エンハンサー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、多能性細胞から始原生殖細胞への変換を制御する分子カスケードの種間比較を行うことで、種を超えた共通原理と種特異性を理解することを目的としている。マウス初期胚の場合、着床直後に多能性制御因子PRDM14の発現消失を起点として、多能性ネットワークの速やかな崩壊が起こるが、ヒトやブタなどの大型哺乳動物では、着床後も多能性ネットワークが長期間安定している。そこで今年度は、ネズミ上科特異的なエンハンサー領域が、着床後エピブラストにおけるPrdm14の発現消失に関与している可能性を検証するために、CRISPR/Cas9システムを用いて、ネズミ上科特異的エンハンサーの破壊実験を行った。ES細胞でネズミ上科特異的なPrdm14のエンハンサー領域を破壊し、エピブラスト様細胞へ分化させたところ、野生型ではPrdm14の発現消失に伴い、多能性制御因子の発現が減少したが、シス破壊ES細胞ではPrdm14の発現が比較的維持され、それに伴い多能性ネットワークの安定化が観察された。近年、着床期のエピブラストの状態を模倣した多能性幹細胞（FTW, FSC）の樹立が報告され、シス破壊ES細胞をそれぞれの多能性幹細胞へと移行させたところ、野生型と比較して、分化段階が遅れていることが分かった。これらの結果から、ネズミ上科特異的なシスエレメントの進化的挿入によって、ネズミ上科特異的な多能性ネットワークの早期崩壊機構が獲得された可能性が考えられる。
また、四肢動物の祖先的形質を持つ有尾両生類イベリアトゲイモリの多能性細胞から始原生殖細胞誘導機構を解明するために、イベリアトゲイモリ胚へ遺伝子導入及びアニマルキャップの培養系の確立を行った。
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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
ヒト及びマウスにおける多能性ネットワーク比較に関しては、ネズミ上科特異的なエンハンサー領域の改変によって、マウス型からヒト型への多能性ネットワークの改変に成功し、当初の予想以上に順調に進んでいる。一方で、イベリアトゲイモリを用いた多能性ネットワーク解析に関しては、mRNAのインジェクションの立ち上げなど予想以上に時間を費やしたが、ようやく遺伝子機能解析を行うための実験系の確立が終了した。
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| Strategy for Future Research Activity |
(1) ヒトとマウスにおける多能性及び始原生殖細胞ネットワークの種間比較
マウス上科特異的エンハンサー領域の破壊によって、マウス型からヒト型へ多能性ネットワークの改変に成功している。そこで、この改変の始原生殖細胞誘導に対する影響を解析するために、始原生殖細胞誘導活性が高い新規多能性幹細胞FTW細胞を野生型ES細胞及びシス破壊ES細胞からすでに樹立している。そこで、これらのFTW細胞から始原生殖細胞を誘導し、野生型とシス破壊株での誘導活性を比較する。また、着床後エピブラストで発現が上昇する転写因子POU3F1とPRDM14が相互抑制している可能性を示唆する結果を得ている。そこで、本年はPRDM14とPOU3F1の相互抑制機構と相互抑制によるナイーブ型からプライム型エピブラストへの移行機構の解明を行う。
(2) 四肢動物における多能性細胞から始原生殖細胞誘導機構の種間比較
マウス及びヒトにおいて多能性細胞の成立・維持に重要な転写因子Prdm14の発現及び機能解析を行う。発現に関しては、in situ hybridizationを用いてイモリ胚の各ステージおけるPrdm14の発現部位の同定を行う。また、機能解析に関してはCRISPR/Cas9による遺伝子破壊実験で解析する。Prdm14の機能解析後は他の多能性制御遺伝子（OCT4、TFCP2L1など）の解析も順次行う予定である。
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