体細胞分裂と減数分裂の違いを生み出す分子機構の解明

• 研究課題/領域番号: 17H03634
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 分子生物学
• 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, 准教授 (30508114)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円); 2019年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円); 2018年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円); 2017年度: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
• キーワード: 減数分裂 / 生殖細胞 / 精子 / 卵子 / ユビキチンリガーゼ / 細胞周期 / 染色体

研究成果の概要

本研究では体細胞分裂から減数分裂への切替えに働く新規の因子を同定した。MEIOSIS initiator (MEIOSIN)と名付けたタンパク質はIDだけを付されたゲノムに眠る未解析遺伝子Gm4969にコードされていたが、HMG-likeドメインをもつDNA結合因子と推測された。MEIOSINを欠損させると雄雌ともに精巣・卵巣の萎縮を伴って不妊となることが判明した。ChIP-seqやＫＯマウスを用いた解析により、MEIOSINは体細胞分裂型の細胞周期の抑制と減数分裂プログラムの活性化とを協調する役割があることが示唆された。

研究成果の学術的意義や社会的意義

今回新たに発見したMEIOSINが、卵巣・精巣内で特殊な細胞分裂である減数分裂を開始させる働きをもつことを明らかにしました。また、MEIOSINは卵子・精子を形成するための数百種類の遺伝子に一斉にスイッチを入れる司令塔の役割を果たしていることを明らかにしました。MEIOSINは、減数分裂の発動に必須の働きをしており、卵子や精子の形成に関わる重要な遺伝子であることから、今後の不妊治療などの生殖医療の進展につながる可能性があります。

研究成果

• [国際共同研究] The University of Melbourne(オーストラリア)
• [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
• [雑誌論文] The cohesin complex in mammalian meiosis (2019)
  • 著者名/発表者名: Ishiguro K.
  • 雑誌名: Genes Cells 巻: 24 号: 1 ページ: 6-30
  • DOI: 10.1111/gtc.12652
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Induction of human pluripotent stem cells into kidney tissues by synthetic mRNAs encoding transcription factors. (2019)
  • 著者名/発表者名: Hiratsuka K, Monkawa T, Akiyama T, Nakatake Y, Oda M, Goparaju SK, Kimura H, Chikazawa-Nohtomi N, Sato S, Ishiguro K, Yamaguchi S, Suzuki S, Morizane R, Ko SBH, Itoh H, Ko MSH
  • 雑誌名: Scientific reports 巻: 9 号: 1 ページ: 913-913
  • DOI: 10.1038/s41598-018-37485-8
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Establishment of a rapid and footprint-free protocol for differentiation of human embryonic stem cells into pancreatic endocrine cells with synthetic mRNAs encoding transcription factors (2018)
  • 著者名/発表者名: Ida H., Akiyama T., Ishiguro K., Goparaju SK., Nakatake Y., Chikazawa-Nohtomi N., Sato S., Kimura H., Yokoyama Y., Nagino M., Ko MSH., Ko SBH.
  • 雑誌名: Stem Cell Res Ther. 巻: 9, 277 号: 1 ページ: 1-10
  • DOI: 10.1186/s13287-018-1038-3
  • 査読あり / オープンアクセス
• [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
  • 国際学会
• [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
• [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(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: 石黒 啓一郎
  • 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] 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: 第36回染色体ワークショップ 第17回核ダイナミクス研究会
• [学会発表] マウスにおける減数分裂の開始機構 (2018)
  • 著者名/発表者名: 石黒 啓一郎
  • 学会等名: 第41回日本分子生物学会年会 ワークショップ (横浜)
  • 招待講演
• [学会発表] 生殖細胞の減数分裂開始を決定する新規因子 (2018)
  • 著者名/発表者名: 石黒 啓一郎
  • 学会等名: ファイザー湯島性分化勉強会2018 (東京）
  • 招待講演
• [学会発表] A novel germ cell-specific factor, MEIOSIN, recruits STRA8 to direct initiation of meiosis in mammals (2018)
  • 著者名/発表者名: 石黒 啓一郎
  • 学会等名: The 13th International Symposium of the Institute Network for Biomedical Sciences
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] A novel germ cell-specific factor, MEIOSIN, recruits STRA8 to direct initiation of meiosis in mammals (2018)
  • 著者名/発表者名: 石黒 啓一郎
  • 学会等名: CSHL Meeting- Germ Cells
  • 国際学会
• [学会発表] マウスにおける減数分裂の開始機構 (2018)
  • 著者名/発表者名: 石黒 啓一郎
  • 学会等名: モロシヌス研究会2018 (札幌)
• [学会発表] A novel transcription factor, MEIOSIN, recruits STRA8 to direct initiation of meiosis in mammals (2018)
  • 著者名/発表者名: 石黒 啓一郎
  • 学会等名: Gordon Research conference MEIOSIS (NH, USA)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] A novel STRA8 interacting factor, MEIOSIN1, directs initiation of meiosis in mammals (2018)
  • 著者名/発表者名: 石黒 啓一郎
  • 学会等名: Joint Annual Meeting of 51st JSDB and 70th JSCB (東京）
• [学会発表] マウスにおける減数分裂の開始機構 (2018)
  • 著者名/発表者名: 石黒 啓一郎
  • 学会等名: 第12回日本エピジェネティクス研究会 (札幌)
• [学会発表] Identification of a novel nuclear factor for initiation of meiosis (2018)
  • 著者名/発表者名: 石黒 啓一郎
  • 学会等名: 8th International Symposium on the 2018Biology of Vertebrate Sex Determination (Hawaii, USA)
  • 国際学会
• [学会発表] A novel nuclear factor plays a crucial role in initiation of meiosis. (2018)
  • 著者名/発表者名: Ishiguro, K.
  • 学会等名: CDB Symposium 2018 Dynamic Homeostasis: from Development to Aging
  • 国際学会
• [学会発表] 新規の減数分裂誘導因子の同定. (2017)
  • 著者名/発表者名: 石黒啓一郎
  • 学会等名: 2017年度生命科学系学会合同年次大会.、12月6日‐9日、2017, 神戸
• [学会発表] 新規の減数分裂開始因子の同定 (2017)
  • 著者名/発表者名: 石黒啓一郎
  • 学会等名: 第35回染色体ワークショップ・第16回核ダイナミクス研究会合同開催、12月20日‐22日、2017, 蒲郡.
• [学会発表] A novel germ cell-specific factor responsible for initiation of mammalian meiosis. (2017)
  • 著者名/発表者名: Ishiguro, K.
  • 学会等名: The International Research Symposium on Regulation of Germ Cell Development in vivo and in vitro, 26-28 July 2017, Fukuoka, Japan.
  • 国際学会
• [学会発表] REC8 and RAD21L plays distinct roles in chromosome dynamics in mouse meiosis I (2017)
  • 著者名/発表者名: Ishiguro, K.
  • 学会等名: SMC proteins Meeting, 13-16 June 2017, Yamagata, Japan.
  • 国際学会
• [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/
• [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/