受精卵のゲノム再プログラム化を制御するヒストンアルギニン残基メチル化の解析

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K15697
• Research Institution: Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: 伊丹 暢彦 国立研究開発法人理化学研究所, バイオリソース研究センター, 訪問研究員 (20849616)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: アルギニンメチル化 / 受精卵 / ヒストン修飾

Outline of Annual Research Achievements

受精後の雄性ゲノムの再プログラム化には、ヒストン変異体であるH3.3がゲノムに取り込まれることが必須である。申請者の所属する研究室ではH3R17がジメチル化されている(H3R17me2a)ことが、雄性ゲノムのH3.3の取り込みに必要であるというデータを過去に示している。しかしH3R17me2aの卵内における蓄積メカニズムや、受精卵ゲノム上における機能は不明である。申請者は初年度に、H3R17me2aとそのメチル化酵素について基礎データを集積した。
H3R17me2a自体は卵発育に伴い卵核胞内への蓄積が見られたが、減数分裂再開とともに雌性ゲノム上のシグナルは消失し、代わりに卵細胞質全体のシグナルが上昇した。受精後は、前核形成を開始する3時間目からクロマチンでのシグナルが観察され、6時間目までそのシグナルは増加し続けた。また、H3R17me2aのメチル化酵素であるCARM1とMettl23の遺伝子発現は卵発育に伴い増加し、減数分裂の再開とともに減少傾向を示した。これらのことからH3R17me2aは卵発育中にCARM1とMettl23によって卵核胞内に蓄積され、減数分裂再開とともに細胞質に散らばり、受精後の雄性ゲノムへの取り込みに備えていることが推測できた。
興味深いことに、GV期や前核期ではH3R17me2aがクロマチンに局在しているにもかかわらず、MII期や初期胚のM期のクロマチンからはシグナルが消失していた。同様の現象はES細胞でも観察された。M期特異的なシグナルの消失メカニズムやその意義は全く不明であるが、H3R17me2aの機能を調査しつつ並行して解析したい。

Current Status of Research Progress

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

Reason

申請者は初年度に、雄性ゲノムの再プログラム化に関与するH3R17me2aに関わる基礎情報を収集できた。この中で、H3R17me2aはM期クロマチンから消失するという現象を発見し、新たなタスクを見出すことができた。

Strategy for Future Research Activity

申請者は2年度目以降に、H3R17me2aのメチル化酵素であるCARM1とMettl23のダブルノックダウンを発育期卵で行い、H3R17me2aを減少させた卵における受精後の雄性ゲノムの再プログラム化の可否を検証する予定である。また、H3R17me2aのゲノム上における機能を検証するため、ES細胞を対象にChIP-seq解析を行う予定である。
また、H3R17me2aのシグナルがM期で消失する現象について、細胞周期を同期化させたES細胞を用いてそのメカニズムや意義を探索する予定である。

Causes of Carryover

新型コロナウイルスの感染拡大防止措置として、所属研究機関が2か月ほど在宅勤務になり、実験器具や試薬の購入に必要な予算が想定よりも下回ったため。
翌年度は未発育卵培養や生化学解析に多くの予算が必要なため、本年度の繰り越し分を合わせて計画的に使用する予定である。