生殖細胞系列と体細胞系列の高次クロマチンドメインの違いを規定するメカニズムの解明

• 研究課題/領域番号: 18K19304
• 研究種目: 挑戦的研究(萌芽)
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 中区分43:分子レベルから細胞レベルの生物学およびその関連分野
• 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): 2018-06-29 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円); 2019年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円); 2018年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
• キーワード: 減数分裂 / 生殖細胞 / 染色体 / 精子形成 / 配偶子 / 生殖 / 発生 / 卵子 / クロマチン / エピゲノム

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。MEIOSINを欠損させると精巣・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。
MEIOSINの制御下に置かれている遺伝子群の中には、減数分裂を特徴付ける遺伝子が含まれることが判明したが、直接制御される標的遺伝子には多くの未解析のhypothetical geneが含まれることが判明している。そのうち５つについて精巣萎縮の表現型が認められたので、さらに機能解析を進めた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

我々が最近同定した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によって制御をうける未解析の遺伝子について、それらの機能が徐々にわかってきました。これらの新規の遺伝子は、減数分裂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る。

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 (Hong Kong)
  • 国際学会
• [学会発表] 生殖細胞における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 (新潟県新発田市)
• [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 ワークショップ (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
  • 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
• [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/