全能期における遺伝子発現プログラムの調節機構の解明

• 研究領域: 全能性プログラム：デコーディングからデザインへ
• 研究課題/領域番号: 19H05752
• 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: 東京大学
• 研究代表者: 青木 不学 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 客員共同研究員 (20175160)
• 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: 107,380千円 (直接経費: 82,600千円、間接経費: 24,780千円); 2023年度: 20,540千円 (直接経費: 15,800千円、間接経費: 4,740千円); 2022年度: 20,540千円 (直接経費: 15,800千円、間接経費: 4,740千円); 2021年度: 22,490千円 (直接経費: 17,300千円、間接経費: 5,190千円); 2020年度: 22,490千円 (直接経費: 17,300千円、間接経費: 5,190千円); 2019年度: 21,320千円 (直接経費: 16,400千円、間接経費: 4,920千円)
• キーワード: 遺伝子発現プログラム / Dux / Duxbl / 受精卵 / 着床前初期胚 / 胚性遺伝子活性化 / 初期発生 / ヒストン変異体 / 初期胚 / クロマチン構造 / 全能性 / リプログラミング / 転写因子 / zygotic gene activation / DNA複製 / 着床前初期発生

研究開始時の研究の概要

受精により全能性を有する1細胞期胚が生み出されるが、その際にそれまでの親世代の遺伝子発現プログラムが刷新され、新たに新世代のプログラムがスタートする。このプログラムは、発生を順調に進行させるために厳密に調節されていることが考えられるが、その実態はほとんど明らかにされていない。そこで、受精後に全能性を獲得した1細胞期胚からスタートする発生プログラムの完全理解に向けて、その基盤となる遺伝子発現プログラムの調節機構を明らかにする。

研究実績の概要

受精後の遺伝子発現プログラムの進行は、1細胞期から2細胞期にかけての著しい発現パターンの変化から始まるが、その調節の一部にDuxが関与していることが近年報告された。しかしその後、Duxをノックアウトしても発生への影響が小さいことが報告された。そこで、Duxにその構造が類似したタンパク質がDuxの機能を相補していることを考え、その候補を探索したところDuxblが見つかり、そのｍRNAを1細胞期と2細胞期で調べたところ高いレベルでの発現が見られた。そこで、この時期の遺伝子発現におけるDuxblとDuxの遺伝子発現調節への関連を調べた。
まず、Duxblを過剰発現させた2細胞後期胚の遺伝子発現をRNAseqで解析したところ、Duxのターゲット遺伝子群の半数以上に顕著な発現上昇がみられた。さらに、Duxのターゲット遺伝子には、Duxの発現量が減少する2細胞後期に同様に発現が減少するものと、そのまま維持されるものがあることが分かった。そこで、これらの遺伝子発現へのDuxblの関与をその過剰発現胚で調べたところ、前者の遺伝子群にはDuxblの過剰発現は影響を及ぼさなかったが、後者のものについてはDuxblによる影響が見られた。また、DuxのcRNAを顕微注入することにより、本来Duxの発現が減少する2細胞後期においてもその発現を維持させたところ、その後の発生が抑制された。これらの結果より、2-cell後期以降の発現を維持させたいものについてはDuxblよりそれらの発現を維持し、一方で発現を低下させたいものはDuxblによって調節されずDuxの発現減少に伴って発現が低下しているのではないかと考えられる。このようにDuxblがDuxのターゲットの一部の遺伝子の発現を調節していることが、1細胞期から2細胞後期への遺伝子発現プログラムの進行に関与しているものと考えられた。

現在までの達成度 (段落)

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] University of Pennsylvania(米国)
• [雑誌論文] Involvement of linker histone variant H1a in the regulation of early preimplantation development in mice (2023)
  • 著者名/発表者名: FUNAYA Satoshi、WANG Yuan、SUZUKI Masataka G.、IKAWA Masahito、AOKI Fugaku
  • 雑誌名: Journal of Reproduction and Development 巻: 69 号: 3 ページ: 178-182
  • DOI: 10.1262/jrd.2023-013
  • ISSN: 0916-8818, 1348-4400
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Involvement of the linker histone H1Foo in the regulation of oogenesis (2022)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Funaya, Yuria Kawabata, Kenta Sugie, Ken-Ichiro Abe, Yutaka Suzuki, Masataka G Suzuki, Fugaku Aoki
  • 雑誌名: Reproduction 巻: 164 ページ: 19-29
  • DOI: 10.1530/rep-21-0233
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cell cycle-dependent radiosensitivity in mouse zygotes (2022)
  • 著者名/発表者名: Wang Yuan、Oda Shoji、Suzuki Masataka G.、Mitani Hiroshi、Aoki Fugaku
  • 雑誌名: DNA Repair 巻: 117 ページ: 103370-103370
  • DOI: 10.1016/j.dnarep.2022.103370
  • 査読あり
• [雑誌論文] Zygotic gene activation in mice: profile and regulation (2022)
  • 著者名/発表者名: AOKI Fugaku
  • 雑誌名: Journal of Reproduction and Development 巻: 68 号: 2 ページ: 79-84
  • DOI: 10.1262/jrd.2021-129
  • NAID: 130008141670
  • ISSN: 0916-8818, 1348-4400
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Asymmetrical deposition and modification of histone H3 variants are essential for zygote development (2021)
  • 著者名/発表者名: Kawamura Machika、Funaya Satoshi、Sugie Kenta、Suzuki Masataka G、Aoki Fugaku
  • 雑誌名: Life Science Alliance 巻: 4 号: 8 ページ: e202101102-e202101102
  • DOI: 10.26508/lsa.202101102
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] dmrt11E ortholog is a crucial factor for oogenesis of the domesticated silkworm, Bombyx mori. Insect Biochem (2021)
  • 著者名/発表者名: 1.Kasahara R, Yuzawa T, Fujii T, Aoki F, Suzuki MG.
  • 雑誌名: Insect Biochem Mol Biol 巻: 129 ページ: 103517-103517
  • DOI: 10.1016/j.ibmb.2020.103517
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Expression of Dux family genes in early preimplantation embryos (2020)
  • 著者名/発表者名: 2.Sugie K, Funaya S, Kawamura M, Nakamura T, Suzuki MG, Aoki F
  • 雑誌名: Sci Rep 巻: 10 号: 1 ページ: 19396-19396
  • DOI: 10.1038/s41598-020-76538-9
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Transgenic and knockout analyses of Masculinizer and doublesex illuminated the unique functions of doublesex in germ cell sexual development of the silkworm, Bombyx mori (2020)
  • 著者名/発表者名: 3.Yuzawa T, Matsuoka M, Sumitani M, Aoki F, Sezutsu H, Suzuki MG
  • 雑誌名: BMC Dev 巻: 20 号: 1 ページ: 19-19
  • DOI: 10.1186/s12861-020-00224-2
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Regulation of H3K9me3 during preimplantation development† (2019)
  • 著者名/発表者名: Aoki Fugaku
  • 雑誌名: Biology of Reproduction 巻: 100 号: 1 ページ: 13-14
  • DOI: 10.1093/biolre/ioy201
  • 査読あり
• [学会発表] Involvement of H2A variants in DNA damage response of zygotes (2023)
  • 著者名/発表者名: Wang Y, Aoki F
  • 学会等名: Cold Spring Harbor Laboratory
  • 国際学会
• [学会発表] H3.1/3.2 regulate the establishment of zygotic gene expression (2023)
  • 著者名/発表者名: Funaya S, Aoki F
  • 学会等名: 56th Annual meeting of Society for the Study of Reproduction
  • 国際学会
• [学会発表] 胚性遺伝子発現プログラムにおけるダブルホメオボックス遺伝子の役割 (2023)
  • 著者名/発表者名: 青木不学
  • 学会等名: 公開シンポジウム「全能性プログラム：デコーディングからデザインへ」
  • 招待講演
• [学会発表] Involvement of histone variants H3.1/3.2 in the progression of gene expression program in early mouse embryos (2022)
  • 著者名/発表者名: Aoki F, Funaya S
  • 学会等名: The International Symposium "Totipotency and Germ Cell Development"
• [学会発表] マウス発生におけるH2A変異体の関与 (2021)
  • 著者名/発表者名: 青木不学
  • 学会等名: 全能性プログラム：デコーディングからデザインへ
  • 招待講演
• [学会発表] 受精前後における遺伝子発現リプログラミングに関する研究 (2021)
  • 著者名/発表者名: 青木不学
  • 学会等名: 第114回日本繁殖生物学会
  • 招待講演
• [学会発表] マウス受精後における遺伝子発現リプログラミングへのH3.1/3.2の関与 (2021)
  • 著者名/発表者名: 船屋智史，青木不学
  • 学会等名: 第114回日本繁殖生物学会
• [学会発表] Cell-cycle phase dependent radiosensitivity of zygotes (2021)
  • 著者名/発表者名: Yuan WANG, Fugaku AOKI
  • 学会等名: 第114回日本繁殖生物学会
• [学会発表] マウス着床前初期発生における遺伝子発現プログラムへのヒストン変異体H3.1/3.2の関与 (2020)
  • 著者名/発表者名: 船屋智史、青木不学
  • 学会等名: 第113回 日本繁殖生物学会大会
• [学会発表] 全能期における遺伝子発現プログラムの調節機構の解明 (2019)
  • 著者名/発表者名: 青木不学
  • 学会等名: キックオフシンポジウム「全能性プログラム：デコーディングからデザインへ」
• [学会発表] 着床前初期胚におけるDux familyの発現とその機能 (2019)
  • 著者名/発表者名: 杉江拳太、青木不学
  • 学会等名: 第112回日本繁殖生物学会大会
• [学会発表] マウス1細胞期胚のクロマチン構造へのリンカーヒストン変異体への関与 (2019)
  • 著者名/発表者名: 船屋智史、青木不学
  • 学会等名: 第112回日本繁殖生物学会大会
• [学会発表] Cell-cycle dependent response to DNA damage in mouse zygotes (2019)
  • 著者名/発表者名: Yuan Wang、青木不学
  • 学会等名: 第112回日本繁殖生物学会大会