2022 Fiscal Year Research-status Report
雌雄の生殖細胞の性分化を推進させるクロマチンリモデリング複合体の解析
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22K06046
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| Research Institution | Kitasato University |
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Principal Investigator |
木村 透 北里大学, 理学部, 教授 (50280962)
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2022-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 有性生殖 / 配偶子形成 / 性分化 / 減数分裂 / de novo DNAメチル化 / クロマチンリモデリング / SWI/SNF複合体 / 転写因子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
生殖は、生命を定義づける生命現象の一つである。有性生殖を行う生物では、雌雄特異的な配偶子（精子と卵）を産生することで、次世代にゲノムおよびエピゲノム情報を継承する。従って、生殖細胞の性分化機構の解明は、生命科学において、特にその中でも、発生生物学・生殖医療において、極めて重要な研究課題である。
哺乳類では、胎仔期において、性的に未分化な始原生殖細胞が、メスでは一次卵母細胞へ、オスでは前精原細胞へ分化することで、性分化が開始する。我々は、SWI/SNFクロマチンリモデリング複合体を欠損したマウスの始原生殖細胞では、雌雄両方の生殖細胞において、この性特異的な分化が正常に開始しないという知見を発表してきた。本研究課題では、「SWI/SNFクロマチンリモデリング複合体が、メスでは減数分裂関連遺伝子群、オスではde novo DNAメチル化関連遺伝子群からポリコーム抑制複合体を除去し、次いで、これらの標的遺伝子群への雌雄特異的な転写因子のAccessibilityを上昇させることで、性特異的な転写リプログラミングを誘導する」というモデルを検証する。この研究を通して、メスの性分化を推進する転写因子（STRA8やMEIOSIN）が誘導される機構や、これらの転写因子が標的遺伝子（減数分裂関連遺伝子）を活性化する機構を解明する。さらに、オスにおいては、性分化を推進する転写因子がいまだに同定されていないが、その候補となる転写因子の生理的および分子生物学的な機能を解析することで、オスへの性分化を開始させる分子機構を明らかにする。
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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
2022年度は、SWI/SNFクロマチンリモデリング複合体が、メスの性分化を開始させる分子機構の一端を解明することができた。メスでは、性的に未分化な始原生殖細胞において、100種類以上の減数分裂関連遺伝子の発現が誘導されることで、一次卵母細胞への分化が始まる。これらの遺伝子には、始原生殖細胞のときに、ポリコーム複合体により転写が抑制されている遺伝子群と、ポリコーム複合体による抑制を受けない遺伝子群が存在する。
本研究では、RNA-Seq法とATAC-Seq法を用いることで、(1) SWI/SNF複合体は、ポリコーム複合体により抑制を受ける遺伝子群のプロモーター領域をオープンな構造にリモデリングすること（SWI/SNF複合体依存的にプロモーターがオープンになる遺伝子群）、(2) ポリコーム複合体により抑制を受ける遺伝子の中には、減数分裂遺伝子群のマスター転写因子をコードするMeiosin遺伝子があること、(3) SWI/SNF複合体は、Meiosin遺伝子の転写活性化を介して、ポリコーム複合体による抑制を受けない遺伝子群（SWI/SNF複合体がなくてもプロモーターがオープンになる遺伝子群）の活性化も制御することを明らかにした。この成果は、英文学術誌に発表し（Ito et al., Genes to Cells 28(1):15-28, 2023）、国内の学会発表も行った。
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| Strategy for Future Research Activity |
オスでは、性的に未分化な始原生殖細胞において、de novo DNAメチル化関連遺伝子群などの発現が誘導されることで、前精原細胞への分化が始まる。RNA-Seq法とATAC-Seq法を用いた解析から、de novo DNAメチル化関連遺伝子群についても、(1) ポリコーム複合体により抑制を受ける遺伝子群は、SWI/SNF複合体依存的にプロモーターがオープンになること、(2) SWI/SNF複合体が欠損すると、SWI/SNF複合体非依存的にプロモーターがオープンになる遺伝子群の発現が誘導されないことが、予備的知見として得られている。このことは、オスにおいても、SWI/SNF複合体依存的にプロモーターがオープンになる遺伝子の中に、de novo DNAメチル化関連遺伝子群のマスター転写因子をコードする遺伝子が含まれることを示唆している。現在、このマスター転写因子の候補遺伝子をいくつか得ており、今後はこれらの遺伝子を欠損したマウスを作製し、そのマウスにおいてオスの性分化が正常に開始するかどうかを調べることで、オスの性分化を推進する転写因子（群）の同定を試みる。メスにおいては、STRA8やMEIOSINなどのマスター転写因子が既に同定されているが、オスの性分化に関与するマスター転写因子は同定されていないので、生殖細胞性分化の研究において大きく貢献できると考えている。
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| Causes of Carryover |
2022年度は、すでに取得していたRNA-SeqやATAC-Seqのデータ解析、公共データベースに登録されているChIP-Seqなどドライの解析を中心に行ったため、次年度使用が生じた。2023以降に、ノックアウトマウスの作製・交配・維持、これらのマウスを用いたRNA-Seq解析、ATAC-Seq解析、ChIP-Seq解析などに、繰り越した予算を使用する予定である。
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[Journal Article] Genetic variation in the Y chromosome and sex-biased DNA methylation in somatic cells in the mouse.2023
Author(s)
Batdorj E, AlOgayil N, Galvez JH, Zhuang QK, Bauermeister K, Nagata K, Kimura T, Ward M, Taketo T, Bourque G, and Naumova AK
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Journal Title
Mammalian Genome
Volume: 34
Pages: 44-55
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Spatiotemporal changes of tissue glycans depending on localization in cardiac aging.2023
Author(s)
Itakura Y, Hasegawa Y, Kikkawa Y, Murakami Y, Sugiura K, Nagai-Okatani C, Sasaki N, Umemura M, Takahashi Y, Kimura T, Kuno A, Ishiwata T, and Toyoda M
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Journal Title
Regenerative Therapy
Volume: 22
Pages: 68-78
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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