| 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 |
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| 研究課題/領域番号 |
19H05756
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| 研究種目 |
新学術領域研究(研究領域提案型)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 審査区分 |
生物系
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| 研究機関 | 山梨大学 (2021-2023)
九州大学 (2019-2020) |
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研究代表者 |
石内 崇士 山梨大学, 大学院総合研究部, 准教授 (80612100)
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| 研究期間 (年度) |
2019-06-28 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
91,780千円 (直接経費: 70,600千円、間接経費: 21,180千円)
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: 16,770千円 (直接経費: 12,900千円、間接経費: 3,870千円)
2021年度: 16,770千円 (直接経費: 12,900千円、間接経費: 3,870千円)
2020年度: 16,770千円 (直接経費: 12,900千円、間接経費: 3,870千円)
2019年度: 24,700千円 (直接経費: 19,000千円、間接経費: 5,700千円)
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| キーワード | 全能性 / エピゲノム / 遺伝子発現 / 転写 / エピゲノム再プログラム化 / エピジェネティクス |
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| 研究開始時の研究の概要 |
精子と卵子の融合により形成される受精卵や、体細胞核移植胚においては、大幅なエピゲノムの書き換え、すなわち「エピゲノム再プログラム化」を介して全能性が獲得されると考えられている。しかしながら、技術的問題から、その分子機構は未解明のままとなっている。本研究では、最新の技術の応用と新規技術の開発によって、その分子実体に迫り、全能期のエピゲノム制御機構を詳細に理解する。さらに、それらの結果を基盤として、全能性の人為的制御へと発展させる。これらの研究から得られる成果は、生命の始まりの基礎的理解にとどまらず、近年ますます増加傾向にある生殖補助医療にとっても重要な知見となることが期待される。
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| 研究実績の概要 |
本研究では、受精卵に特有の全能性の理解のために、受精卵の有するエピゲノム状態およびそれと連動する転写状態を明らかにすることを重視している。このために、受精後発生における転写パターンの変化を正確に捉えるための手法の開発に取り組んできた。受精直後の胚では卵子由来の母性RNAが大量に存在するために、どのゲノム領域が実際に転写されているのかというのは明確になっていない。そこで、新規に合成されたRNA（nascent RNA）のみを網羅的に検出することのできる方法を開発し、１００個のES細胞で質の高いデータを得ることができることを見出した。そしてこの手法を受精後胚に適用し、異なる発生段階での転写状態を明らかにした。これにより受精後の転写ダイナミクスが明らかとなりつつあるとともに、新規の転写制御因子の同定も成功しつつある。また、受精後発生におけるクロマチン状態変化を明らかにするために、MNase-seqの微量化に取り組み、100細胞以下でクオリティの高いデータの産生が可能な手法の開発が完了した。それをマウス初期胚に適用することで、受精後発生過程におけるヌクレオソームポジショニングの動態を明らかにすることができた。特に、受精直後の全能期のヌクレオソームポジショニングは、より発生のすすんだ胚や細胞のそれと比べ大きく異なることを見出した。また、胚性ゲノム活性化とヌクレオソームポジショニング変化との関連性を明らかにし、論文投稿に至った。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
全能性細胞におけるエピゲノム状態の特殊性が明らかになりつつある一方で、エピゲノムと密接に関わると考えられるゲノムワイドな転写状態は明確になっていない。全能性細胞におけるエピゲノムと転写の理解は、本領域の目指す全能性のデコーディングとデザインに対して重要な知見となるものであると考えられるため、微量nascent RNA解析法の取り組みも行った。この新手法の開発は順調に進んでおり、すでに微量nascent RNA解析法の確立に成功し、受精後胚からのデータ取得も完了している。この解析から、これまで未知であった胚性ゲノム活性化の詳細な動態が明らかになりつつあるとともに、その制御因子の同定も視野に入ってきている。さらに微量MNase-seq法（ヌクレオソーム位置決定技術）の確立も成功し、論文投稿に至っており、全能性細胞の特殊性を見出しつつある。
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| 今後の研究の推進方策 |
微量MNase-seq法により、ダイナミックなクロマチン状態変化とその制御因子の同定に至っており、早期の論文発表を目指す。この研究の発展型として、これまでに同定したヒストンH3.3の非典型分布との関連性の解明を目指す。そのために、ヒストンH3.3の変異を導入したマウスの作製を行う。
微量nascent RNA-seq法については受精後胚への適用が完了しこのデータをさらに詳細に解析する。これによって、受精後発生における転写ダイナミクスの正確な理解につなげる。転写解析から、受精後発生の新規の転写制御因子の同定が可能となりつつあり、その解析を完了できれば論文として発表する。
以上の研究結果を基盤として、全能性の分子レベルでの理解とともに、全能性幹細胞の確立や誘導を目指していく。
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