最新のシングルセル及び超微量ヒストン修飾解析による、エピゲノム不妊分子機構の解析

• 研究課題/領域番号: 19KK0183
• 研究種目: 国際共同研究加速基金(国際共同研究強化(B))
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 中区分44:細胞レベルから個体レベルの生物学およびその関連分野
• 研究機関: 横浜市立大学
• 研究代表者: 大保 和之 横浜市立大学, 医学研究科, 教授 (70250751)
• 研究分担者: 富澤 信一 横浜市立大学, 医学部, 講師 (00704628) ; 鈴木 絢子 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 准教授 (00770348)
• 研究期間 (年度): 2019-10-07 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 18,460千円 (直接経費: 14,200千円、間接経費: 4,260千円); 2022年度: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円); 2021年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円); 2020年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円); 2019年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
• キーワード: 幹細胞 / エピジェネティクス / 精子形成 / 生殖細胞 / 精子幹細胞 / ヒストン修飾 / シングルセル解析 / エピゲノム

研究開始時の研究の概要

多くの生き物で、次の世代に正確な遺伝子情報を与える仕組みを担っているものの一つが精子であるが、その正確性を生み出すメカニズムは明らかでない。そこで、精子の元となる精子幹細胞における遺伝子発現やゲノム修飾をシングルセルレベルで解析し、正確性を醸し出す分子基盤を明らかにする。このシングルセル解析は、最近、特に欧米のグループから次々と目覚ましい進歩が報告されており、これを直接現地で習得後、日本で立ち上げ、研究を推し進める。

研究成果の概要

精子幹細胞は、不完全な細胞分裂により細胞間橋が存在した分裂様式をとる。それ故、１個の精原細胞のみが幹細胞で、２個以上繋がった精原細胞は幹細胞活性を喪失した前駆細胞と考えられてきた。その一方でゲノムワイドな遺伝子発現解析の進捗やマーカースタディーにより、未分化な精原細胞の不均一性が具体的に示され始めた。本研究では、最新の包括的シングルセル解析であるscNMT法を海外から取り入れ、未分化精原細胞の実態解明に応用した。また、H3K4のメチル化酵素群の存在が報告されている。これらの分子群の未分化精原細胞における機能解析を、これら分子群を網羅的に遺伝子改変している海外のグループとの共同研究にて行った。

研究成果の学術的意義や社会的意義

日本の研究領域は、欧米中国との格差が広がっている。特に次世代シークエンサーの出現後、ゲノムワイドにヒストンやDNA修飾、遺伝子発現の情報が入手可能となり、エピゲノム研究が急速に進歩を遂げた。さらに少ない材料からのエピゲノム解析も急速な進歩を見せている。しかし、日本は、この流れに遅れを取っていることは否めない。そこで、最先端のシングルセルマルチオミックス研究と、ES細胞を材料にH3K4me3修飾を中心に精力的な研究を行っている高い研究レベルをもつグループとの国際共同研究を行い、その成果を私どもが長年行っている精子幹細胞研究に反映させ、より高いレベルの研究へと結びつけた。

研究成果

• [国際共同研究] Technische Universtaet Dresden(ドイツ)
• [国際共同研究] The Babraham Institute(英国)
• [国際共同研究] Technische Universitaet Dresden(ドイツ)
• [国際共同研究] Babraham Institute(英国)
• [国際共同研究] Technische Univesitaet Dresden(ドイツ)
• [国際共同研究] Babraham Institute(英国)
• [雑誌論文] Tsga8 is required for spermatid morphogenesis and male fertility in mice (2021)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi Yuki、Tomizawa Shin-ichi、Ono Michio、Kuroha Kazushige、Minamizawa Keisuke、Natsume Koji、Dizdarevic Selma、Dockal Ivana、Tanaka Hiromitsu、Kawagoe Tatsukata、Seki Masahide、Suzuki Yutaka、Ogonuki Narumi、Inoue Kimiko、Matoba Shogo、Anastassiadis Konstantinos、Mizuki Nobuhisa、Ogura Atsuo、Ohbo Kazuyuki
  • 雑誌名: Development 巻: 148 号: 8
  • DOI: 10.1242/dev.196212
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Maintenance DNA methylation in pre-meiotic germ cells regulates meiotic prophase by facilitating homologous chromosome pairing (2021)
  • 著者名/発表者名: Takada Yuki、Yaman-Deveci Ruken、Shirakawa Takayuki、Sharif Jafar、Tomizawa Shin-ichi、Miura Fumihito、Ito Takashi、Ono Michio、Nakajima Kuniko、Koseki Yoko、Shiotani Fuyuko、Ishiguro Kei-ichiro、Ohbo Kazuyuki、Koseki Haruhiko
  • 雑誌名: Development 巻: 148 号: 10
  • DOI: 10.1242/dev.194605
  • 査読あり
• [雑誌論文] Father-to-offspring transmission of extremely long NOTCH2NLC repeat expansions with contractions: genetic and epigenetic profiling with long-read sequencing (2021)
  • 著者名/発表者名: Fukuda H, Yamaguchi D, Nyquist K, Yabuki Y, Miyatake S, Uchiyama Y, Hamanaka K, Saida K, Koshimizu E, Tsuchida N, Fujita A, Mitsuhashi S, Ohbo K, Satake Y, Sone J, Doi H, Morihara K, Okamoto T, Takahashi Y, Wenger AM, Shioda N, Tanaka F, Matsumoto N, Mizuguchi T
  • 雑誌名: Clin Epigenetics 巻: 13 号: 1 ページ: 204-204
  • DOI: 10.1186/s13148-021-01192-5
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] エピジェネティックチェックポイントの精子幹細胞分化における意義について (2024)
  • 著者名/発表者名: 大保和之
  • 学会等名: 第４回有性生殖研究会
  • 招待講演
• [学会発表] 精子幹細胞分化を制御するエピジェネティックな機構の解析 (2024)
  • 著者名/発表者名: 大保和之, 南澤恵佑、尾野道男、中島久仁子、Rachel Fellows、富澤信一
  • 学会等名: 第129回日本解剖学会総会・全国学術総会
• [学会発表] Spermatogonial chromatin priming for spermiogenic and post-fertilization development (2023)
  • 著者名/発表者名: 富澤 信一、小林 裕貴、Rachel Fellows、鈴木 穣、小倉 淳郎、大保 和之
  • 学会等名: 第16回エピジェネティクス研究会年会
• [学会発表] 精子幹細胞におけるプライミング機構により制御されているWfdc15aの精子形成における役割 (2023)
  • 著者名/発表者名: 大保和之
  • 学会等名: 日本遺伝学会第95回大会
• [学会発表] Role of a novel protease inhibitor for spermatogenesis and immune homeostasis (2023)
  • 著者名/発表者名: 富澤信一, Rachel Fellows, 尾野道男, 黒羽一誠, Ivana Dockal, 南澤恵佑, 鈴木穣, 才津 浩智, 大保和之
  • 学会等名: 第128回日本解剖学会総会・全国学術総会
• [学会発表] Cryptorchidism induces abnormal epigenetic and transcriptional signatures in spermatogonia (2023)
  • 著者名/発表者名: 尾野道男, Ivana Dockal, Uros Radovic, 大保和之, 富澤信一
  • 学会等名: 第128回日本解剖学会総会・全国学術総会
• [備考] 横浜市立大学医学部組織学
  • URL: https://www-user.yokohama-cu.ac.jp/~finemorp/index.html
• [備考] 横浜市立大学医学部組織学
  • URL: http://www-user.yokohama-cu.ac.jp/~finemorp/index.html
• [備考] 横浜市立大学医学部組織学
  • URL: http://www-user.yokohama-cu.ac.jp/~finemorp/cn1/LfPIwBtTI.html
• [備考] 横浜市立大学医学部組織学講座
  • URL: http://www-user.yokohama-cu.ac.jp/~finemorp/index.html
• [備考] 横浜市立大学医学部組織学ホームページ
  • URL: http://www-user.yokohama-cu.ac.jp/~finemorp/index.html