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性決定遺伝子SryがH3K9脱メチル化の標的となる機構の解明

Research Project

Project/Area Number 20H03262
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Basic Section 44020:Developmental biology-related
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

黒木 俊介  大阪大学, 生命機能研究科, 准教授 (50735793)

Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥17,810,000 (Direct Cost: ¥13,700,000、Indirect Cost: ¥4,110,000)
Fiscal Year 2022: ¥5,330,000 (Direct Cost: ¥4,100,000、Indirect Cost: ¥1,230,000)
Fiscal Year 2021: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2020: ¥7,800,000 (Direct Cost: ¥6,000,000、Indirect Cost: ¥1,800,000)
Keywordsエピゲノム
Outline of Research at the Start

ほ乳類の性決定遺伝子であるSryの発現は、発現する細胞の種類と発現のタイミング・量が最も厳密に制御されている遺伝子の一つである。この厳密性を保証する機構は長らく謎であったが、申請者は2013年、ヒストンH3K9脱メチル化酵素であるJmjd1aがSry活性化に寄与することを示した。本研究では、この時から依然として未解決な課題「Jmjd1aがSry遺伝子を特異的に標的とするメカニズム」の解決を目指す。

Outline of Annual Research Achievements

ほ乳類の性はY染色体上の性決定遺伝子Sryの発現の有無によって決まる。近年、Sry発現にエピゲノムの制御が重要であることが明らかになってきた。ヒストンH3の9番目リジン(H3K9)のメチル化は転写抑制のエピゲノムマークである。H3K9脱メチル化酵素のひとつJmjd1aは、Sry遺伝子座に作用してH3K9のメチル化を外し、Sryの転写活性化を促す。しかし、Jmjd1aがどうやってSry遺伝子座を認識しているのか、その機構は分かっていない。本研究では、Biotin化酵素 (TbID) による近依存性標識法を用いて、生殖腺におけるJmjd1aとの相互作用タンパク質を同定し、Jmjd1aがSry遺伝子を特異的に標的とするメカニズムの解明を目指す。
今年度は、Jmjd1a遺伝子座にTbIDを融合したノックインマウスを樹立し、系統化した。
ノックインマウスの胎仔期生殖線の組織免疫染色の結果から、Jmjd1a-TbIDの発現パターンが野生型Jmjd1と同様であること、Jmjd1a-TbIDがSryの発現に影響を与えないことを確認した。平行してin vivo Biotinラベリングの条件を検討し、胎児生殖線のJmjd1a-TbID発現細胞の核にビオチン化のシグナルを認めるBitonの投与条件を決定した。平行してJmjd1a-TbIDノックインマウスからES細胞を樹立した。この細胞を用いて近依存性Biotin標識法を用いた質量分析がワークするか否か予備実験を行った結果、この系でJmjd1aと相互作用するタンパク質の候補を得ることができた。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

近依存性標識に用いるJmjd1a遺伝子座にTbIDを融合したノックインマウスの系統樹立を完了した。TbIDによるBiotin標識のin vivoラベリングの投与条件を決定した。Jmjd1a-TbIDノックインES細胞を樹立し、この細胞を用いて質量分析によりJmjd1aと相互作用するタンパク質の候補を同定できることを確認した。したがって、生殖腺体細胞におけるJmjd1a相互作用タンパク質の網羅的同定への準備はほぼ整った。

Strategy for Future Research Activity

近依存性標識法によりBaitの相互作用タンパク質を同定する際に、baitのspatial referenceがあることが望ましい。そこでJmjd1a-TbID遺伝子座のJmjd1a CDS末端に2A-peptideかつTbIDにNLS配列を挿入したノックインマウスをCRISPR/Cas9ゲノム編集により樹立する。TbIDによるビオチン化を誘導した胎生11.5日胚から生殖腺を摘出プールし、Jmjd1a-TbID融合タンパク質と相互作用するタンパク質を質量分析に同定する。得られたJmjd1a相互作用タンパク質の情報を、申請者が既に取得している胎生11.5日生殖腺の遺伝子発現リストと照合し、生殖腺に特徴的な発現を示す遺伝子と一致した場合、それらをReader/Recruiter候補分子としてリストアップする。特に、Reader候補としてヒストン結合能をもつクロマチン因子、Recruiter候補として転写因子に注目する。

Report

(1 results)
  • 2020 Annual Research Report

Research Products

(5 results)

All 2021 2020

All Journal Article (3 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 3 results) Presentation (2 results) (of which Invited: 2 results)

  • [Journal Article] Dynamic erectile responses of a novel penile organ model utilizing TPEM.2021

    • Author(s)
      Hashimoto D, Hirashima T, Yamamura H, Kataoka T, Fujimoto K, Hyuga T, Yoshiki A, Kimura K, Kuroki S, Tachibana M, Suzuki K, Yamamoto N, Morioka S, Sasaki T, Yamada G.
    • Journal Title

      Biology of Reproduction

      Volume: in press Pages: 875-886

    • DOI

      10.1093/biolre/ioab011

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] H3K9 Demethylases JMJD1A and JMJD1B Control Prospermatogonia to Spermatogonia Transition in Mouse Germline2020

    • Author(s)
      Kuroki Shunsuke、Maeda Ryo、Yano Masashi、Kitano Satsuki、Miyachi Hitoshi、Fukuda Mikiko、Shinkai Yoichi、Tachibana Makoto
    • Journal Title

      Stem Cell Reports

      Volume: 15 Pages: 424438-424438

    • DOI

      10.1016/j.stemcr.2020.06.013

    • NAID

      120007146093

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] The mouse Sry locus harbors a cryptic exon that is essential for male sex determination2020

    • Author(s)
      Miyawaki Shingo、Kuroki Shunsuke、Maeda Ryo、Okashita Naoki、Koopman Peter、Tachibana Makoto
    • Journal Title

      Science

      Volume: 370 Pages: 121124-121124

    • DOI

      10.1126/science.abb6430

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] 全能性獲得における 母性H3K9脱メチル化酵素の機能解析2020

    • Author(s)
      黒木俊介
    • Organizer
      新学術領域「全能性プログラム」Webinar
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 生殖細胞におけるH3K9脱メチル化の機能2020

    • Author(s)
      黒木俊介
    • Organizer
      『配偶子インテグリティの構築』『全能性プログラム』合同公開シンポジウム
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Invited

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Published: 2020-04-28   Modified: 2022-04-19  

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