世代を通した導入遺伝子の発現安定化を目指したDNAメチル化の人為的制御法の確立

• 研究課題/領域番号: 19K06460
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分42040:実験動物学関連
• 研究機関: 大阪医科薬科大学
• 研究代表者: 山本 耕裕 大阪医科薬科大学, 医学部, 講師 (20613558)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2021年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2020年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2019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: Transgenerational / DNA methylation / DNAメチル化 / 生殖細胞 / transgeneration / 遺伝子サイレンシング / Dnmt / サイレンシング / transgenerational / メチル化

研究開始時の研究の概要

本研究では、導入遺伝子のDNAメチル化を人為的に制御することで、サイレンシングを回避する方法の確立を目的とする。申請者は以下2つのアプローチから導入遺伝子プロモーターを低メチル化状態に保ち、導入遺伝子の発現安定化を試みる。1. メチル化修飾酵素を欠損させた変異体を用いて、新規メチル化の導入を妨げる。2. 人為的にDNA脱メチル化を導入し、プロモーターの低メチル化を導く。

研究成果の概要

導入遺伝子の発現状態が世代を超えるに従ってサイレンシングを受ける原因は導入遺伝子プロモーターの高DNAメチル化に起因すると考えられている。メダカ雌雄配偶子形成過程と初期発生におけるDNAメチル化パターンの変動をDNAメチル化の特異的である5メチルシトシン抗体を用いた免疫組織的手法により解析した。さらに、次世代シークエンサーによるDNAメチル化状態の網羅的解析からどのような遺伝子群においてDNAメチル化の変動が起こるのかを解析した。卵形成過程においてDNAメチルの減少が認められるため、母方より導入遺伝子が次世代に伝わる際に遺伝子サイレンシングが起こると示唆できる結果を得た。

研究成果の学術的意義や社会的意義

導入遺伝子の安定した発現維持は基礎研究にも応用研究にも関わる重要な事項であり、世代を越えると導入遺伝子の発現が抑制される“導入遺伝子サイレンシング”は解決すべき大きな問題である。導入遺伝子のサイレンシングはプロモーターの高メチル化に起因すると考えられているが、これら因果関係を直接解析した報告は無いため、サイレンシングを回避する効果的な方法は未だ確立されていない。本研究では、導入遺伝子のDNAメチル化を人為的に制御することで、サイレンシングを回避する方法の確立を目的とした。

研究成果

• [雑誌論文] Trpv4-mediated apoptosis of Leydig cells induced by high temperature regulates sperm development and motility in zebrafish (2024)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto Yasuhiro、Hishikawa Daisuke、Ono Fumihito
  • 雑誌名: Communications Biology 巻: 7 号: 1 ページ: 1-11
  • DOI: 10.1038/s42003-023-05740-y
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Evolutionary differentiation of androgen receptor is responsible for sexual characteristic development in a teleost fish (2023)
  • 著者名/発表者名: Y. Ogino, S. Ansai, E. Watanabe, M. Yasugi, Y. Katayama, H. Sakamoto, K. Okamoto, K. Okubo, Y. Yamamoto, I. Hara, T. Yamazaki, A. Kato, Y. Kamei, K. Naruse, K. Ohta, H. Ogino, T. Sakamoto, S. Miyagawa, T. Sato, G. Yamada, M. Baker & T. Iguchi
  • 雑誌名: Nature communications 巻: 14 号: 1 ページ: 1428-1428
  • DOI: 10.1038/s41467-023-37026-6
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Gastrointestinal Neurons Expressing HCN4 Regulate Retrograde Peristalsis (2020)
  • 著者名/発表者名: Fujii Kensuke、Nakajo Koichi、Egashira Yoshihiro、Yamamoto Yasuhiro、Kitada Kazuya、Taniguchi Kohei、Kawai Masaru、Tomiyama Hideki、Kawakami Koichi、Uchiyama Kazuhisa、Ono Fumihito
  • 雑誌名: Cell Reports 巻: 30 号: 9 ページ: 2879-2888
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2020.02.024
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Synaptic silencing of fast muscle is compensated by rewired innervation of slow muscle (2020)
  • 著者名/発表者名: Zempo B, Yamamoto, Y., Williams, T., Ono
  • 雑誌名: Science Advances 巻: 6 ページ: 1-12
• [学会発表] ゼブラフィッシュでは高温下においてTrpv4を介して アポトーシスと精子運動性を制御する (2023)
  • 著者名/発表者名: 山本耕裕、菱川大介、小野富三人
  • 学会等名: 日本動物学会 第94回大会