哺乳類始原生殖細胞におけるクロマチン高次構造と核内動態変化の分子的理解

• 研究課題/領域番号: 18H02613
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分48040:医化学関連
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 横林 しほり 京都大学, iPS細胞研究所, 特定拠点講師 (20615736)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 17,160千円 (直接経費: 13,200千円、間接経費: 3,960千円); 2022年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円); 2021年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円); 2020年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円); 2019年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円); 2018年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
• キーワード: 始原生殖細胞 / 哺乳類 / エピゲノム / クロマチン高次構造 / 多能性幹細胞 / in vitro誘導系

研究成果の概要

哺乳類の生殖細胞発生の起源となる始原生殖細胞では、ゲノムワイドなDNAメチル化変化を伴うエピゲノム再編成が起きる。本研究では、マウス多能性幹細胞から始原生殖細胞への試験管内分化系と精子幹細胞培養系を用いて、エピゲノム、クロマチン高次構造、核ダイナミクス変化を包括的に解析した。その結果、始原生殖細胞では生殖細胞系列に特徴的なクロマチン高次状態変化が誘導され、その特徴は精子幹細胞まで継続的に維持されることが明らかになった。

研究成果の学術的意義や社会的意義

生殖細胞は次世代に受け継がれる唯一の細胞系譜である。この継承を可能とするためにどのようなプログラムが生殖細胞発生過程に組み込まれているのか理解することは、発生研究分野の重要課題である。しかし、その希少性から、生体内試料を用いた解析手法には限界がある。本研究では、生殖細胞発生過程でおきる核クロマチン変化を理解するため、マウス試験管内再構成系を種々のクロマチン関連解析に適用することにより、生体内試料では非常に困難な包括的解析を高精度に行った。本研究で得られた知見および取得したデータは、今後の生殖細胞研究の発展に大いに貢献すると考えられる。

研究成果

• [国際共同研究] McGill University(カナダ)
• [国際共同研究] University of Pennsylvania/University of Colorado Boulder/Washington University School of Medicine(米国)
• [国際共同研究] IMBA(オーストリア)
• [雑誌論文] Nucleome programming is required for the foundation of totipotency in mammalian germline development (2022)
  • 著者名/発表者名: Nagano Masahiro, Hu Bo, Yokobayashi Shihori et al.
  • 雑誌名: The EMBO Journal 巻: 41 号: 13
  • DOI: 10.15252/embj.2022110600
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Inherent genomic properties underlie the epigenomic heterogeneity of human induced pluripotent stem cells (2021)
  • 著者名/発表者名: Yokobayashi Shihori、Yabuta Yukihiro、Nakagawa Masato、Okita Keisuke、Hu Bo、Murase Yusuke、Nakamura Tomonori、Bourque Guillaume、Majewski Jacek、Yamamoto Takuya、Saitou Mitinori
  • 雑誌名: Cell Reports 巻: 37 号: 5 ページ: 109909-109909
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2021.109909
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Generation of human oogonia from induced pluripotent stem cells in culture (2020)
  • 著者名/発表者名: Yamashiro Chika、Sasaki Kotaro、Yokobayashi Shihori、Kojima Yoji、Saitou Mitinori
  • 雑誌名: Nature Protocols 巻: 15 号: 4 ページ: 1560-1583
  • DOI: 10.1038/s41596-020-0297-5
  • 査読あり
• [雑誌論文] Reconstitution of Germ Cell Development In Vitro (2018)
  • 著者名/発表者名: Shihori Yokobayashi and Mitinori Saitou
  • 雑誌名: Cell Biology of the Ovary 巻: 1 ページ: 1-19
  • DOI: 10.1007/978-981-10-7941-2_1
  • ISBN: 9789811079405, 9789811079412
• [雑誌論文] Generation of human oogonia from induced pluripotent stem cells in vitro. (2018)
  • 著者名/発表者名: 30.Yamashiro C, Sasaki K, Yabuta Y, Kojima Y, Nakamura T, Okamoto I, Yokobayashi S, Murase Y, Ishikura Y, Shirane K, Sasaki H, Yamamoto T, Saitou M.
  • 雑誌名: Science 巻: 362(6412) 号: 6412 ページ: 356-360
  • DOI: 10.1126/science.aat1674
  • 査読あり
• [学会発表] ヒトiPS細胞株におけるエピゲノム多様性の基底をなすゲノム特性の同定 (2022)
  • 著者名/発表者名: 横林しほり
  • 学会等名: 第74回日本細胞生物学会大会
  • 招待講演
• [学会発表] ヒト生殖細胞分化系構築を目指した多能性幹細胞の多様性解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 横林しほり
  • 学会等名: 2022年度国立遺伝学研究所クロマチン研究会
  • 招待講演
• [学会発表] Nucleome programming is required for the foundation of totipotency in mammalian germline development (2022)
  • 著者名/発表者名: 長野眞大
  • 学会等名: 第45回日本分子生物学会年会
• [学会発表] Nucleome programming for mammalian germ cell development. (2022)
  • 著者名/発表者名: Masahiro Nagano
  • 学会等名: EMBO Japan Virtual Lectures, Molecular basis of epigenetic inheritance and totipotency
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Nucleome Programming for the Foundation of Totipotency in Mouse Germline Development (2022)
  • 著者名/発表者名: 長野眞大
  • 学会等名: 2022年遺伝研研究会、有性生殖における染色体・クロマチン・核動態に関する若手研究者の会
  • 招待講演
• [学会発表] Nucleome Programming for Mouse Germ Cell Development In Vitro. (2021)
  • 著者名/発表者名: Nagano M., Hu B., Yokobayashi S., Umemura F., Yamamura A., Ishikura Y., Yabuta Y., Ohta H., Saitou M.
  • 学会等名: ASHBi Retreat 2021
• [学会発表] Inherent Genomic Properties Underlie the Epigenetic Heterogeneity of Human Induced Pluripotent Stem Cells. (2021)
  • 著者名/発表者名: Shihori Yokobayashi
  • 学会等名: ASHBi Retreat 2021
• [学会発表] Epigenetic variations of human induced pluripotent stem cells and their implications in their propensity for germ cell development. (2020)
  • 著者名/発表者名: Shihori Yokobayashi
  • 学会等名: 第43回日本分子生物学会
  • 招待講演
• [学会発表] マウス始原生殖細胞発生過程におけるエピゲノム再編成に伴うクロマチン構造変化の解明 (2019)
  • 著者名/発表者名: Masahiro Nagano, Bo Hu, Shihori Yokobayashi, Akitoshi Yamamura, Yukiko Ishikura, Yukihiro Yabuta, Hiroshi Ohta, Mitinori Saitou
  • 学会等名: 六甲医学研究会