Translational regulation of epigenetic factors in spermatogonial stem cells

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19K23831
• Research Institution: Yokohama City University
• Principal Investigator: 黒羽 一誠 横浜市立大学, 医学部, 助教 (50580015)
• Project Period (FY): 2019-08-30 – 2021-03-31
• Keywords: 精子幹細胞 / エピジェネティクス / 翻訳制御

Outline of Annual Research Achievements

精子幹細胞が自己複製能を不可逆的に喪失し、精子形成へ向けて運命決定される一時期において、大規模なゲノム修飾が引き起こされる転換点が存在する。この大規模なゲノム修飾を起こすための鍵となる酵素(Dnmt3aとGLPタンパク質)の増加は、転写ではなく翻訳により制御されることが示唆されている。本研究は、この転換点における翻訳制御の実態を明らかにするため、1) mRNAの核外輸送、2) 全mRNAの翻訳の亢進/脱抑制、3) mRNAの選択的な翻訳の亢進/脱抑制、の可能性について解析することにした。これにより、精子幹細胞の分化開始機構が明らかになるだけでなく、種の保存や、不妊症の原因解明とその治療への応用も期待される。
mRNAの核外輸送について、in situ hybridization法による解析を進めた。その結果、各酵素のmRNAの細胞内局在は転換点の前後で変化していなかったことから、mRNAの核外輸送がゲノム修飾酵素の発現増加に関わる可能性は極めて低いことが示唆された。今後、蛍光プローブを利用したマルチプレックス解析を行い、細胞内構造体(P-bodyやストレス顆粒)との関連性を解析していく予定である。
細胞の持つ翻訳活性を評価するため、ピューロマイシンアナログの取り込み量を指標として、全mRNAの翻訳量の変化を解析した。その結果、成熟過程にある精子幹細胞において、細胞の翻訳活性が顕著に増加する一時期を見出した。しかしながら、この一時期とゲノム修飾の転換点が明確に一致していなかったことから、ゲノム修飾酵素の発現上昇は、細胞分化に伴う翻訳活性の上昇(=全mRNAの翻訳の亢進)に依存していないと考えられた。この結果から、ゲノム修飾酵素の発現は、各mRNAに対する選択的な機構により制御されていることが示唆された。

Research Products

• [Journal Article] Tsga8 is required for spermatid morphogenesis and male fertility in mice (2021)
  • Author(s): Kobayashi Yuki, Tomizawa Shin-ichi, Ono Michio, Kuroha Kazushige, Minamizawa Keisuke, Natsume Koji, Dizdarevic Selma, Dockal Ivana, Tanaka Hiromitsu, Kawagoe Tatsukata, Seki Masahide, Suzuki Yutaka, Ogonuki Narumi, Inoue Kimiko, Matoba Shogo, Anastassiadis Konstantinos, Mizuki Nobuhisa, Ogura Atsuo, Ohbo Kazuyuki
  • Journal Title: Development Volume: 148 Pages: dev196212
  • DOI: 10.1242/dev.196212
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research