生細胞でのメチル化DNA可視化法を用いた発生過程における核内動態の解析

• 研究課題/領域番号: 16657065
• 研究種目: 萌芽研究
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 発生生物学
• 研究機関: 独立行政法人理化学研究所
• 研究代表者: 阿部 訓也 独立行政法人理化学研究所, 動物変異動態解析技術開発チーム, チームリーダー (40240915)
• 研究期間 (年度): 2004 – 2005
• 研究課題ステータス: 完了 (2005年度)
• 配分額: 3,500千円 (直接経費: 3,500千円); 2005年度: 1,300千円 (直接経費: 1,300千円); 2004年度: 2,200千円 (直接経費: 2,200千円)
• キーワード: DNAメチル化 / 核内構造 / ES細胞分化 / 遺伝子発現 / イメージング / 始原生殖細胞 / ES細胞 / 核内構築 / ヘテロクロマチン

研究概要

本研究ではゲノムDNAのメチル化パターンを生細胞で可視化するために、メチル化DNA結合蛋白質の結合部位(MBD)とGFP蛍光蛋白質の融合遺伝子であるGFP-MBDを用いた。これまでの研究により、GFP-MBDの局在を指標としてDNAメチル化の変動を培養細胞レベル(ES細胞)でモニターすることが可能となった。この手法を用いて、ES細胞分化の過程で、DNAメチル化、核内の染色体配置が劇的に変動することを示した。今年度は同様のコンストラクトを導入したトランスジェニックマウス系統を用い、初期胚発生過程におけるDNAメチル化の変動、核内構造の変化を調べた。マウス胚の中でもES細胞の分化過程と同様に、細胞分化ステップに応じて、DNAメチル化レベル、核内構造が非常にダイナミックに変動することを見出した。胚盤胞の内部細胞塊、着床後胚でのエピブラストでのGFP-MBDの動態から、内部細胞塊からエピブラストへの発達過程でDNAメチル化の上昇が見られること、ES細胞様の核内構造は内部細胞塊よりもむしろエピブラストに類似していることが明らかとなった。生殖細胞の前駆細胞である始原生殖細胞はエピブラストから派生し、原腸陥入後、尿膜基部に出現するが、始原生殖細胞でのメチル化は体細胞に比べて激減しており、また内部細胞塊と同様な核内構造を持つことが明らかとなった。これらの結果は、この度確立した手法により、正常個体発生過程におけるDNAメチル化を含めたエピジェネティックな変化と核内構造の変動をモニターすることができることを示し、さらにエピブラストから始原生殖細胞が形成される過程で大規模なエピジェネティック状態の変動が生じていることを明らかにした点で意義深いと考えられる。

研究成果

• [雑誌論文] A novel murine gene, Sickle tail (Skt), linked to the Danforth's short tail (Sd) locus, is required for normal development of the intervertebral disc (2006)
  • 著者名/発表者名: Semba, K., Araki, K., Li, Z., Abe, K., Yamamura.K., et al.
  • 雑誌名: Genetics 17 ページ: 445-456
• [雑誌論文] An optimized beta-gal staining method for simultaneous detection of endogenous gene expression in early mouse embryos (2006)
  • 著者名/発表者名: Kishigami, S., Komatsu, Y., Abe, K., Yamamura, K., Mishina Y., et al.
  • 雑誌名: Genesis 44 ページ: 57-65
• [雑誌論文] Comparison of gene expression between male and female mouse blastocysts revealed imprinting of the X-linked gene, Rhox5/Pem at preimplantation stages (2006)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi, S., Isotani, A., Mise, N., Abe, K., Okabe, M., et al.
  • 雑誌名: Current Biology 16 ページ: 166-172
• [雑誌論文] Birth of Mice Produced by Germ Cell Nuclear Transfer (2005)
  • 著者名/発表者名: Miki, H, Mise, N., Abe, K., Ishino, F., Ogura, A., et al.
  • 雑誌名: Genesis 41 ページ: 81-86
• [雑誌論文] Disclosing hidden transcripts : mouse natural sense-antisense transcripts tend to be poly(A) negative and nuclear-localized (2005)
  • 著者名/発表者名: Kiyosawa, K., Mise, N., Iwase, S., Hayashizaki, Y., Abe, K.
  • 雑誌名: Genome Res. 15 ページ: 463-474
• [雑誌論文] Presence and distribution of neural crest-derived cells in the murine developing thymus and their potential for differentiation (2005)
  • 著者名/発表者名: Yamazaki, H., Sakata, E., Abe, K., Yamamura, K.-I., Kunisada, T., et al.
  • 雑誌名: International Immunology 17 ページ: 549-558
  • NAID: 10019359234
• [雑誌論文] Birth of Mice Produced by Germ Cell Nuclear Transfer. (2005)
  • 著者名/発表者名: Miki, H., Inoue, K., Kohda, T., Honda, A., Ogonuki, N., Yuzuriha, M., Mise, N et al.
  • 雑誌名: Genesis 41・2 ページ: 81-86
• [雑誌論文] Gene content of the 750 kb critical region for mouse embryonic ectoderm lethal tcl-w5. (2004)
  • 著者名/発表者名: Abe, K., Yuzuriha, M., Sugimoto, M., Ko, M.S.H., Brathwaite, M., Waeltz, P., Nagaraia, R.
  • 雑誌名: Mammalian Genome 15・4 ページ: 265-276
• [雑誌論文] Neurogenin3 delineates the earliest stages of spermatogenesis in the mouse testis. (2004)
  • 著者名/発表者名: Yoshida, S., Takakura, A., Ohbo, K., Abe, K.et al.
  • 雑誌名: Developmental Biology 269・2 ページ: 447-458
• [雑誌論文] Normal Embryonic and Germ Cell Development in Mice Lacking α1,3-Fucosyltransferase IX (Fut9) Which Show Disappearance of Stage-specific Embryonic Antigen-1 (SSEA-1) (2004)
  • 著者名/発表者名: Kudo, T., Kaneko, M., Iwasaki, H., Togayachi, A., Nishihara, S., Abe, K., et al.
  • 雑誌名: Molecular and Cellular Biology 24・10 ページ: 4221-4228
• [雑誌論文] Establishment of an efficient BAC transgenesis protocol and its application to functional characterization of the mouse Brachyury locus. (2004)
  • 著者名/発表者名: Abe, K., Hazama, M., Katoh, H., Yamamura, K., Suzuki, M.
  • 雑誌名: Experimental Animals 53・4 ページ: 311-320
  • NAID: 10013441566
• [雑誌論文] Contribution of Asian mouse subspecies Mus musculus molossinus to genomic constitution of strain C57BL/6J, as defined by BAC end sequence- SNP analysis. (2004)
  • 著者名/発表者名: Abe, K., Noguchi, H., Tagawa, K., Yuzuriha, M., Toyoda, A et al.
  • 雑誌名: Genome Research 14・12 ページ: 2439-2447