エピゲノム編集による体細胞核移植法の改善

• 研究課題/領域番号: 16H06146
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 実験動物学
• 研究機関: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: 的場 章悟 国立研究開発法人理化学研究所, バイオリソース研究センター, 専任研究員 (20585202)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 27,300千円 (直接経費: 21,000千円、間接経費: 6,300千円); 2019年度: 6,890千円 (直接経費: 5,300千円、間接経費: 1,590千円); 2018年度: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円); 2017年度: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円); 2016年度: 7,410千円 (直接経費: 5,700千円、間接経費: 1,710千円)
• キーワード: エピジェネティクス / 体細胞クローン / ゲノムインプリンティング / 胎盤形成 / アミノ酸輸送 / H3K9me3 / H3K27me3 / Slc38a4 / 体細胞核移植 / クローン / ヒストン修飾 / エピゲノム編集 / インプリント遺伝子 / 着床後発生 / マウス / 初期化 / 発生・分化 / 応用動物 / ゲノム / 獣医学 / 再生医学

研究成果の概要

体細胞クローンの効率改善および品質向上を目的として、マウスクローン胚のエピゲノム解析およびエピゲノム編集技術の開発を行った。まず、Xist KOドナー細胞の使用と、Kdm4dによるH3K9me3の除去、という方法を組み合わせた結果、クローンの効率を大幅に向上することに成功した。一方で、クローン胚ではH3K27me3によるゲノムインプリンティングが破綻していることを見出した。さらに、そのインプリント異常を示す遺伝子の一つであるSlc38a4が胎盤形成において重要な機能を担うことを明らかにした。以上のように、体細胞クローンの効率改善に成功し、胎盤異常を改善する候補因子を挙げることに成功した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

体細胞クローン法では、ドナーとなる生物と同じゲノム情報を持ったコピー生物（クローン）を作製できるため、貴重な遺伝子資源の保存や、絶滅危惧種の維持・繁殖、さらには再生医療にも貢献する可能性のある技術ですが、非常に効率が低く、運よく生まれた個体も胎盤異常などを伴います。本研究では、マウスをモデルとしてクローンの低効率を改善することに成功し、さらに、胎盤異常の原因候補因子を発見しました。

研究成果

• [国際共同研究] ハーバード大学(米国)
• [国際共同研究] 浙江大学(中国)
• [国際共同研究] 浙江大学(中国)
• [国際共同研究] ハーバード大学(米国)
• [雑誌論文] Acrosin is essential for sperm penetration through the zona pellucida in hamsters (2020)
  • 著者名/発表者名: Hirose Michiko、Honda Arata、Fulka Helena、Tamura-Nakano Miwa、Matoba Shogo、Tomishima Toshiko、Mochida Keiji、Hasegawa Ayumi、Nagashima Kiyoshi、Inoue Kimiko、Ohtsuka Masato、Baba Tadashi、Yanagimachi Ryuzo、Ogura Atsuo
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences 巻: 117 号: 5 ページ: 2513-2518
  • DOI: 10.1073/pnas.1917595117
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Paternal knockout of Slc38a4/SNAT4 causes placental hypoplasia associated with intrauterine growth restriction in mice (2019)
  • 著者名/発表者名: Matoba Shogo、Nakamuta Shoko、Miura Kento、Hirose Michiko、Shiura Hirosuke、Kohda Takashi、Nakamuta Nobuaki、Ogura Atsuo
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences 巻: 116 号: 42 ページ: 21047-21053
  • DOI: 10.1073/pnas.1907884116
  • NAID: 130007719356
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Somatic Cell Nuclear Transfer in Mice: Basic Protocol and Its Modification for Correcting X Chromosome Inactivation Status (2018)
  • 著者名/発表者名: Inoue Kimiko、Matoba Shogo、Ogura Atsuo
  • 雑誌名: Methods Mol Biol. 巻: 1861 ページ: 55-65
  • DOI: 10.1007/978-1-4939-8766-5_5
  • ISBN: 9781493987658, 9781493987665
  • 査読あり
• [雑誌論文] Aberrant imprinting in mouse trophoblast stem cells established from somatic cell nuclear transfer-derived embryos (2018)
  • 著者名/発表者名: Hirose Michiko、Hada Masashi、Kamimura Satoshi、Matoba Shogo、Honda Arata、Motomura Kaori、Ogonuki Narumi、Shawki Hossam H.、Inoue Kimiko、Takahashi Satoru、Ogura Atsuo
  • 雑誌名: Epigenetics 巻: 13 号: 7 ページ: 693-703
  • DOI: 10.1080/15592294.2018.1507199
  • 査読あり
• [雑誌論文] Somatic Cell Nuclear Transfer Reprogramming: Mechanisms and Applications (2018)
  • 著者名/発表者名: Matoba Shogo、Zhang Yi
  • 雑誌名: Cell Stem Cell 巻: 23 号: 4 ページ: 471-485
  • DOI: 10.1016/j.stem.2018.06.018
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Loss of H3K27me3 Imprinting in Somatic Cell Nuclear Transfer Embryos Disrupts Post-Implantation Development (2018)
  • 著者名/発表者名: Matoba Shogo、Wang Huihan、Jiang Lan、Lu Falong、Iwabuchi Kumiko A.、Wu Xiaoji、Inoue Kimiko、Yang Lin、Press William、Lee Jeannie T.、Ogura Atsuo、Shen Li、Zhang Yi
  • 雑誌名: Cell Stem Cell 巻: 23 号: 3 ページ: 343-354
  • DOI: 10.1016/j.stem.2018.06.008
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Reprogramming of Chromatin Accessibility in Somatic Cell Nuclear Transfer Is DNA Replication Independent (2018)
  • 著者名/発表者名: Djekidel Mohamed Nadhir、Inoue Azusa、Matoba Shogo、Suzuki Tsukasa、Zhang Chunxia、Lu Falong、Jiang Lan、Zhang Yi
  • 雑誌名: Cell Reports 巻: 23 号: 7 ページ: 1939-1947
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2018.04.036
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Application of auxin-inducible degron technology to mouse oocyte activation with PLCζ (2018)
  • 著者名/発表者名: 1.Miura K, Matoba S, Ogonuki N, Namiki T, Ito J, Kashiwazaki N, Ogura A
  • 雑誌名: Journal of Reproduction and Development 巻: 64 号: 4 ページ: 319-326
  • DOI: 10.1262/jrd.2018-053
  • NAID: 130007437366
  • ISSN: 0916-8818, 1348-4400
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Oocyte-activating capacity of fresh and frozen-thawed spermatids in the common marmoset (Callithrix jacchus). (2018)
  • 著者名/発表者名: Ogonuki N, Inoue H, Matoba S, Kurotaki YK, Kassai H, Abe Y, Sasaki E, Aiba A, Ogura A
  • 雑誌名: Mol Reprod Dev 巻: - 号: 5 ページ: 376-386
  • DOI: 10.1002/mrd.22971
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] In vivo genetic manipulateon of spermatogonial stem cells and their microenvironment by adeno-associated viruses. (2018)
  • 著者名/発表者名: Watanabe S., Kanatsu-Shinohara, M., Ogonuki N., Matoba S., Ogura A., Shinohara T.
  • 雑誌名: Stem Cell Reports 巻: S2213-6711 (18) 号: 5 ページ: 30132-2
  • DOI: 10.1016/j.stemcr.2018.03.005
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Transfer of a mouse artificial chromosome into spermatogonial stem cells genetates transchromosomic mice, (2017)
  • 著者名/発表者名: Shinohara T, Kazuki K, Ogonuki N, Morimoto H, Matoba S, Hiramatsu K, Honma K, Suzuki T, Hara T, Ogura A, Oshimura M, Kanatsu-Shinohara M, Kazuki Y.
  • 雑誌名: Stem Cell Reports. 巻: 9(4) 号: 4 ページ: 1180-1191
  • DOI: 10.1016/j.stemcr.2017.08.012
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] CRISPR/Cas9-mediated genome editing in wild-derived mice: generation of tamed wild-derived strains by mutation of the a (nonagouti) gene (2017)
  • 著者名/発表者名: Michiko Hirose, Ayumi Hasegawa, Keiji Mochida, Shogo Matoba, Yuki Hatanaka, Kimiko Inoue, Tatsuhiko Goto, Hideki Kaneda, Ikuko Yamada, Tamio Furuse, Kuniya Abe, Yoshihisa Uenoyama, Hiroko Tsukamura, Shigeharu Wakana, Arata Honda, and Atsuo Ogura
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 7 号: 1 ページ: 42476-42476
  • DOI: 10.1038/srep42476
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Adeno-associated virus-mediated delivery of genes into mouse spermatogonial stem cells. (2017)
  • 著者名/発表者名: Watanabe, S., Kanatsu-Shinohara, M., Ogonuki, N., Matoba, S., Ogura, A., and Shinohara, T.
  • 雑誌名: Biol. Reprod. 巻: 96 ページ: 221-231
  • DOI: 10.1095/biolreprod.116.143495
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Mouse D1Pas1, a DEAD-box RNA helicase, is required for the completion of first meiotic prophase in male germ cells (2016)
  • 著者名/発表者名: Inoue H, Ogonuki N, Hirose M, Hatanaka Y, Matoba S, Chuma S, Kobayashi K, Wakana S, Noguchi J, Inoue K, Tanemura K, *Ogura A
  • 雑誌名: Biochem Biophys Res Commun 巻: 478 号: 2 ページ: 592-8
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2016.07.109
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [学会発表] 胎盤に発現するアミノ酸トランスポーター遺伝子Slc38a4のノックアウトマウス胚は胎盤低形成および胎児発育不全を示す (2019)
  • 著者名/発表者名: 的場章悟、中牟田祥子、三浦健人、広瀬美智子、中牟田信明、小倉淳郎
  • 学会等名: 第112会日本繁殖生物学会
• [学会発表] マウスY染色体上遺伝子ノックアウトによる性スペクトラム表現型への影響 (2019)
  • 著者名/発表者名: 的場章悟、三浦健人、尾崎藍、小倉淳郎、田村勝
  • 学会等名: 第162回日本獣医学会
• [学会発表] マウス体細胞クローン胚ではヒストン修飾H3K27me3によるゲノムインプリンティングが破綻している (2018)
  • 著者名/発表者名: 的場章悟, Li Shen, 井上貴美子, 小倉淳郎, Yi Zhang
  • 学会等名: 第111回日本繁殖生物学会
• [学会発表] Effect of histone modifications on epigenetic reprogramming by somatic cell nuclear transfer (2018)
  • 著者名/発表者名: 的場章悟
  • 学会等名: 第90回日本遺伝学会
  • 招待講演
• [学会発表] Genome-wide analysis reveals incomplete reprogramming of DNA methylation in blastocysts created by somatic cell nuclear transfer (2017)
  • 著者名/発表者名: 的場章悟, Shen L, 小倉淳郎, Zhang Y
  • 学会等名: RIKEN Epigenetics in Tsukuba
  • 発表場所: 理化学研究所バイオリソースセンター（茨城県つくば市）
  • 年月日: 2017-02-16
• [学会発表] Slc38a4/SNAT4, a system A amino acid transporter, plays critical roles for mouse placental development. (2017)
  • 著者名/発表者名: Matoba Shogo, Ogura Atsuo
  • 学会等名: Fourth World Congress of Reproductive Biology
  • 国際学会
• [学会発表] 体細胞クローン胚のDNAメチローム解析によって見える全能性獲得過程とその異常 (2017)
  • 著者名/発表者名: 的場章悟, Li Shen, 小倉淳郎, Yi Zhang
  • 学会等名: ConBio2017
• [学会発表] 体細胞クローン胚のDNAメチローム解析による初期化異常パターンの同定 (2016)
  • 著者名/発表者名: 的場章悟, Shen L, 小倉淳郎, Zhang Y
  • 学会等名: 第109回日本繁殖生物学会
  • 発表場所: 麻布大学（神奈川県相模原市）
• [図書] 体細胞クローン胚においてはヒストンのメチル化によるインプリント制御が破綻している (2018)
  • 著者名/発表者名: 的場章悟, Yi Zhang
  • 総ページ数: 4
  • 出版者: ライフサイエンス 新着論文レビュー
• [図書] クローン胚ではヒストンのメチル化依存的なゲノムインプリンテイングが破綻している (2018)
  • 著者名/発表者名: 的場章悟
  • 総ページ数: 4
  • 出版者: 羊土社 実験医学2018年12月号
  • ISBN: 9784758125147
• [図書] マウス表現型解析スタンダード 実験医学別冊 「顕微授精・核移植クローン技術：配偶子・体細胞からの産仔作出」 (2016)
  • 著者名/発表者名: 小倉淳郎, 的場章悟
  • 総ページ数: 7
  • 出版者: 羊土社
• [備考]
  • URL: https://www.riken.jp/press/2019/20191008_3/index.html
• [備考] 理研バイオリソースセンター 遺伝工学基盤技術室
  • URL: http://ja.brc.riken.jp/lab/kougaku/index.html