PIWI-piRNA pathway analysis in female germ cell

• Project/Area Number: 20H03175
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 42040:Laboratory animal science-related
• Research Institution: Keio University
• Principal Investigator: HASUWA HIDETOSHI 慶應義塾大学, 医学部(信濃町), 講師 (50343249)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥17,810,000 (Direct Cost: ¥13,700,000、Indirect Cost: ¥4,110,000); Fiscal Year 2022: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000); Fiscal Year 2021: ¥5,980,000 (Direct Cost: ¥4,600,000、Indirect Cost: ¥1,380,000); Fiscal Year 2020: ¥6,890,000 (Direct Cost: ¥5,300,000、Indirect Cost: ¥1,590,000)
• Keywords: ゴールデンハムスター / 生殖細胞 / ゲノム編集 / PIWI遺伝子 / 機能性RNA / エピジェネティクス / トランスポゾン / 遺伝子発現制御 / 小分子RNA / PIWI / piRNA

Outline of Research at the Start

真核生物のゲノムDNAのほとんどは遺伝子ではなく、そのおよそ半分はレトロトランスポゾンに由来する配列である。これらは不要な配列であると考えられてきたが、様々な遺伝子のスイッチとして機能したり、正しい染色体構造を維持するために必要な配列であることがわかってきた。一方で、それら自身が活性化し過ぎるとゲノムに問題を起こすことも明らかにされている。本研究はレトロトランスポゾンを抑制するPIWI-piRNAに着目し、哺乳動物個体におけるトランスポゾン抑制機能の解明に挑戦するものである。この研究により、トランスポゾンの活性化に起因する病気が明らかになり、新しい治療法への応用も期待される。

Outline of Final Research Achievements

In mammals, the PIWI-piRNA pathway, which has been thought to function only in male germ cells, was elucidated to function in female by using genetically modified golden hamsters. We found the PIWI-piRNA pathway functions in all mammals, including humans, even in females, and the PIWI gene and piRNA expressed in oocytes have important functions in early development. These findings, which could not be clarified in studies using mice, showed the potential of golden hamsters as a human disease model.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

現在の生命科学研究はマウスを用いて行われているが、それらのすべてがヒトの疾病を反映するものでない。今回の研究成果は、ゴールデンハムスターを用いることでマウスでは実現できなかった研究成果を導き出したものである。そのため、単に雌におけるPIWI-piRNA経路についての新たな知見を得ただけではなく、生命科学・医学研究全般に新しいヒトモデル動物としてのゴールデンハムスターの可能性を示した学術的および社会的な意義がある。

Research Products

• [Journal Article] Hamster PIWI proteins bind to piRNAs with stage-specific size variations during oocyte maturation (2021)
  • Author(s): Ishino Kyoko、Hasuwa Hidetoshi、Yoshimura Jun、Iwasaki Yuka W、Nishihara Hidenori、Seki Naomi M、Hirano Takamasa、Tsuchiya Marie、Ishizaki Hinako、Masuda Harumi、Kuramoto Tae、Saito Kuniaki、Sakakibara Yasubumi、Toyoda Atsushi、Itoh Takehiko、Siomi Mikiko C、Morishita Shinichi、Siomi Haruhiko
  • Journal Title: Nucleic Acids Research Volume: 49 Issue: 5 Pages: 2700-2720
  • DOI: 10.1093/nar/gkab059
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Production of functional oocytes requires maternally expressed PIWI genes and piRNAs in golden hamsters (2021)
  • Author(s): Hasuwa Hidetoshi、Iwasaki Yuka W.、Au Yeung Wan Kin、Ishino Kyoko、Masuda Harumi、Sasaki Hiroyuki、Siomi Haruhiko
  • Journal Title: Nature Cell Biology Volume: 23 Issue: 9 Pages: 1002-1012
  • DOI: 10.1038/s41556-021-00745-3
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] ゴールデンハムスターを用いることで明らかとなった母性PIWI-piRNA 経路の 必要性 (2023)
  • Author(s): 蓮輪英毅
  • Organizer: 第3回有性生殖研究会「生殖の多様性」
  • Invited