初期胚におけるクロマチン３次元構造確立メカニズムの解明

• 研究課題/領域番号: 18K14620
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分43010:分子生物学関連
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 中村 遼平 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (30756458)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2019年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円); 2018年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
• キーワード: クロマチン３次元構造 / 発生 / リプログラミング / クロマチン / コヒーシン / メダカ

研究成果の概要

染色体は受精直後、リプログラミングを受け、精子と卵子のクロマチン修飾が分化多能性を制御するパターンへと変化する。この過程において、ゲノムの３次元構造も大規模に変化するが、その分子メカニズムは不明である。ゲノムの３次元構造の制御においてはコヒーシンやCTCFといった因子が中心的な役割を果たしていると考えられているが、受精卵におけるこれらの因子の動態は、細胞数の少なさなどの技術的な問題から解析されていない。本研究では、メダカの初期胚においてCTCFのクロマチン上の動態を解析した。その結果、CTCFは３次元構造が確立する前からクロマチン上に特異的に結合していることを発見した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

クロマチンのリプログラミングは、発生の最も初期に起こる分化多能性を確立する上で重要なプロセスである。この過程においてDNAメチル化やヒストン修飾などと共にゲノムの３次元構造も大きく変化するが、その分子メカニズムは不明である。特に、ゲノム３次元構造は転写制御に大きく関与していると考えられており、本研究で得られた初期胚におけるCTCFの動態解析の結果は、発生過程における遺伝子発現制御機構を理解する上で必要不可欠である。さらに、リプログラミングを制御する分子メカニズムの理解は再生医療などへの応用も期待される。

研究成果

• [雑誌論文] CTCF looping is established during gastrulation in medaka embryos (2021)
  • 著者名/発表者名: Ryohei Nakamura, Yuichi Motai, Masahiko Kumagai, Candice L. Wike, Haruyo Nishiyama, Yoichiro Nakatani, Neva C. Durand, Kaori Kondo, Takashi Kondo, Tatsuya Tsukahara, Atsuko Shimada, Bradley R. Cairns, Erez Lieberman Aiden, Shinichi Morishita, and Hiroyuki Takeda
  • 雑誌名: Genome Research 巻: 31
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Chromatin architecture transitions from zebrafish sperm through early embryogenesis (2021)
  • 著者名/発表者名: Candice L Wike, Yixuan Guo, Mengyao Tan, Ryohei Nakamura, Dana Shaw, Noelia Diaz, Aneasha F. Whittaker-Tademy, Neva C. Durand, Erez Lieberman Aiden, Juanma Vaquerizas , David Grunwald, Hiroyuki Takeda, and Bradley R. Cairns
  • 雑誌名: Genome Research 巻: 31
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] A Nearly Complete Genome of Ciona intestinalis Type A (C.?robusta) Reveals the Contribution of Inversion to Chromosomal Evolution in the Genus Ciona (2019)
  • 著者名/発表者名: Satou Yutaka、Nakamura Ryohei、Yu Deli、Yoshida Reiko、Hamada Mayuko、Fujie Manabu、Hisata Kanako、Takeda Hiroyuki、Satoh Noriyuki
  • 雑誌名: Genome Biology and Evolution 巻: 11 号: 11 ページ: 3144-3157
  • DOI: 10.1093/gbe/evz228
  • NAID: 120006770371
• [雑誌論文] Targeted in vivo epigenome editing of H3K27me3 (2019)
  • 著者名/発表者名: Fukushima Hiroto S.、Takeda Hiroyuki、Nakamura Ryohei
  • 雑誌名: Epigenetics & Chromatin 巻: 12 号: 1
  • DOI: 10.1186/s13072-019-0263-z
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Establishment of the three-dimensional genome structure during medaka fish development (2019)
  • 著者名/発表者名: Ryohei Nakamura
  • 学会等名: Keystone Symposia, 3D Genome: Gene Regulation and Disease
  • 国際学会