2022 Fiscal Year Annual Research Report
Epigenetic regulation of transposable elements leading to sterility phenotype
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22H02547
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
岩崎 由香 慶應義塾大学, 医学部(信濃町), 訪問教授 (80612647)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | エピゲノム制御 / 非コードRNA / トランスポゾン / 不妊 / ゲノム構造 / 転写制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、トランスポゾンの脱抑制に伴い引き起こされる不妊の表現型を統一的に説明するメカニズムの解明を目指している。本年度は、ショウジョウバエ並びに哺乳類におけるトランスポゾン発現上昇に伴う不妊を対象に解析を進めた。まず、ショウジョウバエに関しては、テロメアを構成するトランスポゾンであるHet-Aの発現脱抑制が不妊の表現型につながることを新たに見出した（Takeuchi et al., 2022）。これは、濾胞細胞におけるHet-A発現上昇が引き起こす排卵不全が不妊の大きな原因となっていることを見出した。その一方でRNA-seq等の解析から、排卵を抑制する明確な原因遺伝子を同定することはできず、Het-Aの発現上昇がなぜ排卵不全につながるかは今後の研究課題である。哺乳類については、2021年にpiRNAの機能不全がマウス以外の哺乳類雌の不妊を引き起こすことを世界に先駆けて報告した（Hasuwa et al., 2021）。一方で、不妊の表現型を引き起こす分子メカニズムの解析は困難である。そこで今年度は、哺乳類におけるpiRNAの制御機構を明らかにするための培養細胞実験系の構築をすすめた。具体的には、非生殖組織由来の培養細胞を用いて、(1)人工的にPIWI-piRNA転写制御マシナリーをレポーター上にリクルートすることで抑制を再構成する実験系を構築した。この実験系を用いることで、トランスポゾン上に構築されるヘテロクロマチン構造の詳細を理解し、ゲノムワイドな解析と併せてトランスポゾンが引き起こすゲノム上の変化の何が不妊の表現型を引き起こすかを明らかにしていきたい。
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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
本年度は、ショウジョウバエのテロメア構成トランスポゾンHet-Aに焦点をあてた解析をすすめた。Mod(mdg4)というインシュレータータンパク質のスパイスバリアントMod(mdg4)-Nが、濾胞細胞において、HeT-Aというショウジョウバエテロメアを構成するレトロトランスポゾンを抑制することを明らかにした。さらに重要なことに、このMod(mdg4)-Nによる制御の機能不全は、不妊の表現型を示すことを明らかにした。Mod(mdg4)-Nの標的トランスポゾンはHet-Aのみであることから、わずか1種類のトランスポゾンの脱抑制が不妊という重大な表現型を引き起こしていると考えられる。その一方でRNA-seq等の解析から、排卵を抑制する明確な原因遺伝子を同定することはできず、Het-Aの発現上昇がなぜ排卵不全につながるかは今後の研究課題である。以上の成果を論文として報告した。
さらに哺乳類に関しては、培養細胞を用いた実験系を構築することでトランスポゾンの脱抑制が引き起こすエピジェネティックな制御の何が不妊につながるかの理解を目指す。哺乳類piRNAによる転写抑制の鍵因子として数年前に報告されたSPOCD1を強制的にレポーター上に渓流する実験系を構築した。この実験系では、レポーター上にpiRNAによる制御を模倣したかたちで転写が抑制されることを観察できている。次年度以降もこの実験系を用いた解析をすすめる。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、前年度に引き続き培養細胞系を用いたpiRNAによる制御系を詳細な分子メカニズムにまで踏み込んで解析できる実験系の構築、およびそれを用いた解析をすすめる。前述のとおり、レポーター上にpiRNA経路におけるトランスポゾン転写抑制中核因子であるSPOCD1を渓流することで、piRNAによる制御を模倣したかたちで転写が抑制されることを観察できている。この実験系を用いて、どのような因子が協調して働くことにより転写制御が引き起こされるかをIP-MS解析により同定する。候補因子が同定された際には、それらが果たす機能的な役割を生化学的な実験により明らかにする。さらに候補因子についてノックアウトマウスを作成し、不妊の表現型への寄与を解析すると同時に、エピゲノム解析を用いてゲノムワイドな影響を解明する。
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