The role of 5-Hydroxymethylcytosine in oocyte and embryo

2022 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 21K16802
• Research Institution: St. Marianna University School of Medicine
• Principal Investigator: 川原 泰 聖マリアンナ医科大学, 医学部, 研究員 (10836985)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 卵子 / 加齢 / 遺伝子損傷 / 遺伝子修復 / 染色体不分離

Outline of Annual Research Achievements

卵子の老化を引き起こす原因について広く文献検索を行い、DNA損傷の蓄積、DNA修復能力の低下、ミトコンドリアの機能低下、テロメアの短縮、老廃物の蓄積、染色体分離メカニズムの異常など、考えられる仮説やメカニズムについての情報を再整理し、治療に結びつき得るポイントの検討を行った。卵子は生殖細胞であるが故に、一般的な体細胞における遺伝子修復機能で修復の出来なかった場合に、この卵子を排除する機構が備わっていると考えられ、このことが、35歳を過ぎた女性の卵巣における原始卵胞のストックの急速に減少に関係していると推測されるが、このメカニズムは、まだ十分に解明されていない。始原生殖細胞においては、一連のエピジェネティックな再プログラミングの過程で5-メチルシトシン（5-mC）のグローバルな消去が見られ、また5-mCにはそのDNAメチル化バリアントとして5-ヒドロキシメチルシトシン（5-hmC）が存在し5-mCのメチル基酸化酵素である ten-eleven translocation 1 (TET1)がこの変換を担っており、このTET1の機能不全はマウスの卵母細胞形成において、一価の染色体の増加と修復されないままのDNA二本鎖切断の増加、卵子数および妊孕能の低下を引き起こすことが知られている。TET1およびこれにより5-mCから誘導される5-hmCは、遺伝子損傷修復および正常な減数分裂の進行に重要な役割を担っていると考えられる。5-hmCは5-mCにTETが作用して生じるDNA脱メチル化経路において中間体としての役割を担っていると同時に、それ自体が新たなエピジェネティックな調節を担っている可能性が考えられ、この点の検証方法について様々な検討を行って来た。

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

5-ヒドロキシメチルシトシン(5hmC)はTET酵素による活性DNA脱メチル化中に生成されるDNA塩基であり、遺伝子の発現と分化に重要な役割を果たしているが、DNA損傷および修復部位にも局在する傾向があり、DNA修復のためのマーカーとしての役割があると考えられるが、5-ヒドロキシメチルシトシン(5hmC)の存在は、比較的短時間の動的な現象であり、これをリアルタイムに検出し治療ターゲットとする事に技術的な難しさがあり、検討を要している。

Strategy for Future Research Activity

卵子の老化を減速させる為には、どのような方法が治療としてあり得るのか、という観点から、当初の研究計画のみに固執せず、効果的な検証法を確立し研究を進める。

Causes of Carryover

当初の研究計画を実行する上で、技術的に乗り越えるべきハードルがありこの点の検証に時間を要した。研究計画の修正を行っており、2023年度中に修正された研究を実施する。