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
| Project/Area Number |
22K06046
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 42030:Animal life science-related
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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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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
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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 / 生殖細胞 |
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| Outline of Research at the Start |
生殖は、生命体を構成する最も基本的な生命現象である。特に有性生殖では、雌雄で異なる配偶子を形成することで次世代を生み出す。本研究では、哺乳類であるマウスをモデルとし、クロマチンリモデリングの観点から、雌雄の性差を生み出す転写制御機構の解明を行う。具体的には、SWI/SNF複合体を生殖細胞特異的に欠損したマウスを用いることで、性特異的な遺伝子発現を支えるヒストン修飾やクロマチンへのアクセシビリティなどのエピジェネティック制御機構、雌雄特異的な発現を誘導する転写因子の同定とその制御機構の解明を行う。
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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。すなわち、SWI/SNF複合体は、(1) ポリコーム複合体により抑制を受ける減数分裂関連遺伝子群のプロモーター領域のリモデリングと、(2) 減数分裂遺伝子群のマスター転写因子をコードするMeiosin遺伝子の転写活性化を介して、メスの生殖細胞の性分化を促進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。
2023年度は、SWI/SNF複合体やポリコーム複合体を欠損したオスの生殖細胞のRNA-SeqとATAC-Seq、ChIP-Seqのデータを用いて、オスにおいても、SWI/SNF複合体は、ポリコーム複合体により抑制されている雄性化遺伝子（de novo DNAメチル化関連遺伝子群を含む）のプロモーターをリモデリングすることを示した。また、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雄性化遺伝子群の発現も誘導されないことから、SWI/SNF複合体の標的遺伝子の中に、雄性生殖細胞への性分化を促進するマスター転写因子の候補があることが示唆された。
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| Strategy for Future Research Activity |
2023年度に同定した、生殖細胞の雄性化を酢苦心するマスター転写因子の候補遺伝子について、現在、これらの遺伝子を欠損したマウスを作製している。これらのノックアウトマウスにおいて、オスの性分化が正常に開始するかどうかを、RNA-SeqやATAC-Seq解析や組織学的解析を用いて調べることで、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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Report
(2 results)
Research Products
(17 results)
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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
Issue: 1
Pages: 44-55
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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