減数分裂における高次クロマチン構造の確立機構の解明

• 研究領域: 多様かつ堅牢な細胞形質を支える非ゲノム情報複製機構
• 研究課題/領域番号: 19H05743
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 生物系
• 研究機関: 熊本大学
• 研究代表者: 石黒 啓一郎 熊本大学, 発生医学研究所, 教授 (30508114)
• 研究期間 (年度): 2019-06-28 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 88,010千円 (直接経費: 67,700千円、間接経費: 20,310千円); 2023年度: 16,770千円 (直接経費: 12,900千円、間接経費: 3,870千円); 2022年度: 14,950千円 (直接経費: 11,500千円、間接経費: 3,450千円); 2021年度: 18,720千円 (直接経費: 14,400千円、間接経費: 4,320千円); 2020年度: 14,950千円 (直接経費: 11,500千円、間接経費: 3,450千円); 2019年度: 22,620千円 (直接経費: 17,400千円、間接経費: 5,220千円)
• キーワード: 減数分裂 / 細胞周期 / クロマチン / 染色体 / 生殖細胞 / ゲノム / エピゲノム / 複製 / エピジェネティクス

研究開始時の研究の概要

生殖細胞では体細胞分裂から減数分裂への切り替えに伴って、減数分裂仕様に特化されたクロマチン構造の再構築が起きている。DNAメチル化、ヒストン修飾による半保存的に非ゲノム情報複製を行う体細胞とは対照的に、この再構築は減数分裂直前にむしろその構造を解消するように働くと推定される。本研究では、減数分裂期のクロマチン構造の解析を通して、生殖細胞系列と体細胞系列の非ゲノム情報複製に関わる様式の違いを明らかにする。

研究成果の概要

マウス生殖細胞より体細胞分裂から減数分裂へのスイッチとして働く新規の因子MEIOSINを同定した。MEIOSINを欠損させた生殖細胞は、減数分裂を開始できずに雄雌ともに精巣・卵巣の萎縮を伴って不妊となることが判明した。またMEIOSINによって直接制御される遺伝子の中から、多くの未解析遺伝子が含まれることが判明した。これらの遺伝子破壊マウスの解析から、減数分裂に必須の役割を果たす複数の新規の因子の同定に成功した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

長年の懸案とされていた減数分裂の開始機構の解明に大いにインパクトを与える学術的成果をもたらした。さらに、体細胞分裂と減数分裂の違いを生み出す染色体構造の構築メカニズムの解明に突破口を拓いた点で国際的にもインパクトの高い重要な成果が得られた。本研究により減数分裂開始因子の親玉を押さえたことで体細胞分裂と減数分裂との本質的な違いを決定付けるメカニズムの全容解明に向けて、国際的にも圧倒的に有利な状況で今後の研究を推進できる体制を築くことができた。

研究成果

• [国際共同研究] UC Davis(米国)
• [国際共同研究] University of Gothenburg(スウェーデン)
• [雑誌論文] MEIOSIN directs initiation of meiosis and subsequent meiotic prophase program during spermatogenesis (2022)
  • 著者名/発表者名: Ishiguro K, Shimada R.
  • 雑誌名: Genes & Genetic Systems 巻: 97 号: 1 ページ: 27-39
  • DOI: 10.1266/ggs.21-00054
  • NAID: 130008134280
  • ISSN: 1341-7568, 1880-5779
  • 年月日: 2022-02-01
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] FBXO47 is essential for preventing the synaptonemal complex from premature disassembly in mouse male meiosis (2022)
  • 著者名/発表者名: Tanno N, Takemoto K, Takada-Horisawa Y, Shimada R., Fujimura S, Tani N., Takeda N., Araki K, Ishiguro K
  • 雑誌名: iScience 巻: 25 号: 4 ページ: 104008-104008
  • DOI: 10.1016/j.isci.2022.104008
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Sexually dimorphic properties in meiotic chromosome (2022)
  • 著者名/発表者名: Ishiguro K.
  • 雑誌名: Sexual Development 巻: - 号: 5-6 ページ: 423-434
  • DOI: 10.1159/000520682
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Meiosis-specific ZFP541 repressor complex promotes developmental progression of meiotic prophase towards completion during mouse spermatogenesis (2021)
  • 著者名/発表者名: Horisawa-Takada Yuki et al.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 12 号: 1 ページ: 3184-3184
  • DOI: 10.1038/s41467-021-23378-4
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] KCTD19 and its associated protein ZFP541 are independently essential for meiosis in male mice (2021)
  • 著者名/発表者名: Oura S, Koyano T, Kodera C, Takada Y, Matsuyama M, Ishiguro K, Ikawa M.
  • 雑誌名: PLOS Genetics 巻: 17 号: 5 ページ: e1009412-e1009412
  • DOI: 10.1371/journal.pgen.1009412
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Meiotic cohesins mediate initial loading of HORMAD1 to the chromosomes and coordinate SC formation during meiotic prophase (2020)
  • 著者名/発表者名: Fujiwara Yasuhiro、Horisawa-Takada Yuki、Inoue Erina、Tani Naoki、Shibuya Hiroki、Fujimura Sayoko、Kariyazono Ryo、Sakata Toyonori、Ohta Kunihiro、Araki Kimi、Okada Yuki、Ishiguro Kei-ichiro
  • 雑誌名: PLOS Genetics 巻: 16 号: 9 ページ: e1009048-e1009048
  • DOI: 10.1371/journal.pgen.1009048
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Phosphorylation of the Anaphase Promoting Complex activator FZR1/CDH1 is required for Meiosis II entry in mouse male germ cell (2020)
  • 著者名/発表者名: Tanno Nobuhiro、Kuninaka Shinji、Fujimura Sayoko、Takemoto Kazumasa、Okamura Kaho、Takeda Naoki、Araki Kimi、Araki Masatake、Saya Hideyuki、Ishiguro Kei-ichiro
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 10 号: 1 ページ: 10094-10094
  • DOI: 10.1038/s41598-020-67116-0
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Meiosis-Specific C19orf57/4930432K21Rik/BRME1 Modulates Localization of RAD51 and DMC1 to DSBs in Mouse Meiotic Recombination (2020)
  • 著者名/発表者名: Takemoto Kazumasa、Tani Naoki、Takada-Horisawa Yuki、Fujimura Sayoko、Tanno Nobuhiro、Yamane Mariko、Okamura Kaho、Sugimoto Michihiko、Araki Kimi、Ishiguro Kei-ichiro
  • 雑誌名: Cell Reports 巻: 31 号: 8 ページ: 107686-107686
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2020.107686
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] MEIOSIN directs the switch from mitosis to meiosis in mammalian germ cells (2020)
  • 著者名/発表者名: Ishiguro K* (Corresponding), Matsuura K, Tani N, Takeda N, Usuki S, Yamane M, Sugimoto M, Fujimura S, Hosokawa M, Chuma S, Ko S.H.M, Araki K, Niwa H
  • 雑誌名: Dev. Cell 巻: 52 号: 4 ページ: 429-445
  • DOI: 10.1016/j.devcel.2020.01.010
  • 査読あり
• [雑誌論文] Sycp2 is essential for synaptonemal complex assembly, early meiotic recombination and homologous pairing in zebrafish spermatocytes (2020)
  • 著者名/発表者名: Takemoto Kazumasa*、Imai Yukiko*、Saito Kenji、Kawasaki Toshihiro、Carlton Peter M.、Ishiguro Kei-ichiro、Sakai Noriyoshi (*co-first authors)
  • 雑誌名: PLOS Genetics 巻: 16 号: 2 ページ: 1-1
  • DOI: 10.1371/journal.pgen.1008640
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] 体細胞分裂型から減数分裂型の細胞周期への切り替え機構 (2022)
  • 著者名/発表者名: 石黒啓一郎
  • 学会等名: 先端モデル動物支援プラットフォーム令和3年度成果発表会 (大津)
  • 招待講演
• [学会発表] Sexually different mechanisms of meiotic cell cycle in mammalian germ cells (2021)
  • 著者名/発表者名: Kei-ichiro Ishiguro
  • 学会等名: 44th Annual meeting of Molecular Biology Society of Japan, Symposium (Yokohama)
  • 招待講演
• [学会発表] STRA8 plays multiple roles in gonadal development and meiotic cell cycle in mouse female germ cells (2021)
  • 著者名/発表者名: Ryuki Shimada, Kei-ichiro Ishiguro
  • 学会等名: International Symposium on the Biology of Vertebrate Sex Determination
  • 国際学会
• [学会発表] 減数分裂開始の性差 (2021)
  • 著者名/発表者名: 石黒啓一郎
  • 学会等名: 第93回日本遺伝学会大会 ワークショップ「非ゲノム情報複製機構による生命現象の制御」
  • 招待講演
• [学会発表] 減数分裂の開始機構 (2021)
  • 著者名/発表者名: 石黒啓一郎
  • 学会等名: 第39回日本受精着床学会 シンポジウム「遺伝」(神戸)
  • 招待講演
• [学会発表] 体細胞分裂から減数分裂への細胞周期の切り替え (2021)
  • 著者名/発表者名: 石黒啓一郎
  • 学会等名: 第94回日本生化学会大会
• [学会発表] Fbxo47 is essential for stability of the synaptonemal complex in male meiosis (2021)
  • 著者名/発表者名: Nobuhiro Tanno, Kazumasa Takemoto, Sayoko Fujimura, Kimi Araki, Kei-ichiro Ishiguro
  • 学会等名: 第54回 日本発生生物学会年会
• [学会発表] The coordination of meiotic gene activation and pre-meiotic S phase entry ensure the reproductive life span in murine female (2021)
  • 著者名/発表者名: Ryuki Shimada, Kei-ichiro Ishiguro
  • 学会等名: 第54回 日本発生生物学会年会
• [学会発表] FBXO47はマウス雄性減数分裂においてシナプトネマ複合体の安定化に働く (2021)
  • 著者名/発表者名: 丹野 修宏, 竹本 一政, 高田 幸, 島田 龍輝, 藤村 幸代子, 谷 直紀, 竹田 直樹, 荒木 喜美, 石黒 啓一郎
  • 学会等名: 第39回 染色体ワークショップ・第19回 核ダイナミクス研究会
• [学会発表] 生殖細胞特異的ZFP541複合体は減数分裂前期脱出の転写制御に働く (2021)
  • 著者名/発表者名: 高田幸, 小寺千聡, 竹本一政, 坂下陽彦, 前田亮, 島田龍輝, 立花 誠, 行川 賢, 荒木喜美, 石黒啓一郎
  • 学会等名: 日本エピジェネティクス研究会年会
• [学会発表] 生殖細胞における体細胞分裂から減数分裂への切り替え機構と性差 (2021)
  • 著者名/発表者名: 石黒啓一郎
  • 学会等名: 第126回日本解剖学会総会
  • 招待講演
• [学会発表] 胎児期メス生殖細胞における減数分裂開始と細胞周期G1/S期の同調のメカニズム (2020)
  • 著者名/発表者名: 島田龍輝, 石黑 啓一郎
  • 学会等名: 第 38 回 染色体ワークショップ 第 19 回 核ダイナミクス研究会
• [学会発表] 減数分裂開始に必須の役割を果たすMEIOSINおよび STRA8のタンパク質ドメイン (2020)
  • 著者名/発表者名: 石黒 啓一郎
  • 学会等名: 第43回 日本分子生物学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] MEIOSINによる減数分裂のコントロール (2020)
  • 著者名/発表者名: 石黒 啓一郎
  • 学会等名: 第65回日本生殖医学会学術講演会・総会 教育講演
  • 招待講演
• [学会発表] SWITCHING FROM MITOSIS TO MEIOSIS IS REGULATED BY SEXUALLY DIFFERENT MECHANISM IN MAMMALIAN GERM CELLS (2020)
  • 著者名/発表者名: Kei-ichiro Ishiguro
  • 学会等名: Cold Spring Harbor Laboratory Meeting 2020 GERM CELLS
  • 国際学会
• [学会発表] MEIOSIN directs the switch from mitosis to meiosis in mammalian germ cells (2020)
  • 著者名/発表者名: Kei-ichiro Ishiguro
  • 学会等名: 53rd Annual Meeting of JSDB (Online meeting)
  • 招待講演
• [学会発表] Phosphorylation of the Anaphase Promoting Complex activator Cdh1 regulates transition from Meiosis I to Meiosis II in mouse male germ cell (2020)
  • 著者名/発表者名: Nobuhiro Tanno, Shinji Kuninaka, Sayoko Fujimura, Kaho Okamura, Kimi Araki, Masatake Araki, Hideyuki Saya, Kei-ichiro Ishiguro
  • 学会等名: 53rd Annual Meeting of JSDB (Online meeting)
• [学会発表] FBXO47は雄の減数第一分裂前期において相同染色体対合の安定化に働く (2020)
  • 著者名/発表者名: 丹野 修宏, 竹本 一政, 藤村 幸代子, 荒木 喜美, 石黒 啓一郎
  • 学会等名: 第 38 回 染色体ワークショップ 第 19 回 核ダイナミクス研究会
• [学会発表] Cell cycle switching from mitosis to meiosis in mammals (2019)
  • 著者名/発表者名: Kei-ichiro Ishiguro
  • 学会等名: Gordon Research Conferences Germinal Stem Cell Biology (Hong Kong)
  • 国際学会
• [学会発表] Cell cycle switching from mitosis to meiosis (2019)
  • 著者名/発表者名: Kei-ichiro Ishiguro
  • 学会等名: Wellcome-MRC Cambridge stem cell institute, Japan exchange mini-symposium (Cambridge UK)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 減数分裂型の細胞周期プログラムへの切替え (2019)
  • 著者名/発表者名: 石黒 啓一郎
  • 学会等名: 第37回染色体ワークショップ・第18回核ダイナミクス研究会 (新潟県新発田市)
• [学会発表] 体細胞分裂から減数分裂への切替え機構 (2019)
  • 著者名/発表者名: 石黒 啓一郎
  • 学会等名: 第42回日本分子生物学会年会 ワークショップ (福岡)
  • 招待講演
• [学会発表] 体細胞分裂から減数分裂への細胞周期の切替え機構 (2019)
  • 著者名/発表者名: 石黒啓一郎
  • 学会等名: 日本遺伝学会 第91回大会 (福井)
• [学会発表] The MEIOSIN-STRA8 complex directs cell cycle switching from mitosis to meiosis to establish the meiotic chromatin (2019)
  • 著者名/発表者名: Kei-ichiro Ishiguro
  • 学会等名: 第13回エピジェネティクス研究会 (横浜）
  • 招待講演
• [学会発表] 減数分裂組み換え中間体の新規プロセシング因子 (2019)
  • 著者名/発表者名: 竹本一政、高田幸、杉本道彦、荒木喜美、石黒啓一郎
  • 学会等名: 第２５回DNA複製・組換え・修復ワークショップ (奈良)
• [学会発表] The novel factor that process meiotic recombination intermediates (2019)
  • 著者名/発表者名: Kazumasa Takemoto, Yuki Takada, Michihiko Sugimoto, Kimi Araki, Kei-ichiro Ishiguro
  • 学会等名: 第42回日本分子生物学会(福岡)
• [学会発表] 生殖細胞特異的ジンクフィンガータンパク質は減数分裂前期パキテン脱出の転写制御に働く (2019)
  • 著者名/発表者名: 高田幸, 小寺千聡, 竹本一政, 前田亮, 坂下陽彦, 松浦公美, 丹羽仁史, 立花誠, 行川賢, 荒木喜美, 石黒 啓一郎
  • 学会等名: 第42回日本分子生物学会(福岡)
• [図書] 遺伝学の百科事典 継承と多様性の源 (2022)
  • 著者名/発表者名: 石黒啓一郎 - 分担執筆
  • 出版者: 丸善出版
  • ISBN: 9784621306604
• [図書] Hormone Frontier in Gynecology 2022年3月号(Vol.29 No.1)【特集 受精と胚発生をめぐる話題】 (2022)
  • 著者名/発表者名: 石黒啓一郎
  • 出版者: メディカルレビュー社
  • ISBN: 9784779225871
• [図書] 日本受精着床学会誌 (2022)
  • 著者名/発表者名: 石黒啓一郎
  • 出版者: 日本受精着床学会
• [図書] Precision Medicine7月臨時増刊号 シングルセル解析の新たな可能性 (2021)
  • 著者名/発表者名: 石黒啓一郎
  • 出版者: 北隆館
• [図書] BIO Clinica 5月号 疾患ゲノム研究の最前線 (2021)
  • 著者名/発表者名: 石黒啓一郎
  • 出版者: 北隆館
• [図書] マウス・ラットモデル作製・解析プロフェッショナル (2021)
  • 著者名/発表者名: 石黒啓一郎
  • 出版者: 羊土社
  • ISBN: 9784758121125
• [図書] ヒトゲノム事典 (2021)
  • 著者名/発表者名: 石黒啓一郎 - 分担執筆
  • 出版者: 一色出版
  • ISBN: 9784910389127
• [図書] BIO Clinica 2021年 2月号 不妊診療UPDATE 減数分裂開始因子MEIOSINとその標的遺伝子の変異による不妊 (2021)
  • 著者名/発表者名: 石黒啓一郎
  • 総ページ数: 94
  • 出版者: 北隆館
• [図書] 週刊医学のあゆみ 275(7) (2021)
  • 著者名/発表者名: 石黒啓一郎
  • 総ページ数: 2
  • 出版者: 医歯薬出版社
• [図書] 「細 胞」8月号 特集「非ゲノム情報の複製機構 体細胞分裂から減数分裂へのスイッチ機構 (2021)
  • 著者名/発表者名: 石黒啓一郎
  • 総ページ数: 7
  • 出版者: ニューサイエンス社
• [図書] 「細胞」5月増刊号 体細胞分裂と減数分裂における染色体・クロマチン構造の違い (2021)
  • 著者名/発表者名: 石黒啓一郎
  • 総ページ数: 7
  • 出版者: ニューサイエンス社
• [図書] 実験医学2020年4月号 カレントトピックス 生殖細胞の運命決定 ― 体細胞分裂から減数分裂への細胞周期の切替え (2020)
  • 著者名/発表者名: 石黒啓一郎 (小川佳宏、伊東宏晃編)
  • 総ページ数: 145
  • 出版者: 羊土社
  • ISBN: 9784758125307
• [備考] research map
  • URL: https://researchmap.jp/read0123107/
• [備考] 熊本大学発生医学研究所 染色体制御分野HP
  • URL: http://www.imeg.kumamoto-u.ac.jp/bunya_top/chromosome-biology/
• [備考] researchmap
  • URL: https://researchmap.jp/read0123107
• [備考] 熊本大学発生医学研究所染色体制御分野HP
  • URL: http://www.imeg.kumamoto-u.ac.jp/bunya_top/chromosome-biology/
• [備考] 新学術領域研究 多様かつ堅牢な細胞形質を支える 非ゲノム情報複製機構 HP
  • URL: https://non-genome.com/theme_04/
• [備考] 熊本大学発生医学研究所 染色体制御分野
  • URL: http://www.imeg.kumamoto-u.ac.jp/bunya_top/chromosome-biology/