ヒストンH3バリアントH3.3の量的操作による、体細胞核移植法の改善

• 研究課題/領域番号: 20K15705
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分42040:実験動物学関連
• 研究機関: 東京大学 (2021-2022); 国立研究開発法人理化学研究所 (2020)
• 研究代表者: 羽田 政司 東京大学, 定量生命科学研究所, 助教 (10802746)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2022年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2021年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2020年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
• キーワード: ヒストンバリアント / 体細胞核移植 / 胚体外系列 / H3K9me3 / ChIP-seq / 高次クロマチン構造 / 初期発生 / histone variant / SCNT / early development / H3.1/H3.2 / H3.3 / epigenetics / 体細胞核移植法 / 初期胚 / エピジェネティクス

研究開始時の研究の概要

体細胞核移植法は分化した細胞核からクローン個体を作製できる技術であるが、未だ成功率は低い。特に着床後に観察される胎盤形成異常は、現状のどのような方法を駆使しても改善することができていない。一方で最近、遺伝子発現の促進に重要なエピゲノム因子であるヒストンH3バリアントH3.3が、胎盤発生に重要であることが報告された。そこで本研究では、クローン胚において核内H3.3量を操作することにより、クローン胚の胎盤発生異常を改善し、更にH3.3の生物学的な意義について学術的知見を得ることを目的としている。

研究成果の概要

本研究はヒストンバリアント H3.3 を体細胞核移植 (SCNT) 胚で過剰発現させることで、遺伝子発現に抑制的なヒストンバリアントH3.1またはH3.2 (H3.1/H3.2) の排斥を介して、SCNT 法の成功率を改善させることを目的としていた。顕著な報告として特に以下 2 点が挙げられる。(1) 胚体外組織細胞を用いた解析により、H3.1/H3.2 が SCNT 法の障壁となること、更にはそのメカニズムを明らかにした。(2) 実際に H3.3 の過剰発現で SCNT 法の成功率が向上することを明らかにした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究では H3.3 を用いた新しい SCNT 法の改善方法を提供すると共に、H3.1/H3.2 によって SCNT 法が阻害されるメカニズムを明らかにした。これらの知見は SCNT 法の実用化のみならず、初期胚発生メカニズムの理解や再生医療に進展に貢献できると期待される。なお、本研究では胎盤系列の細胞からクローンマウスを作出したが、これは世界で初めての成果である。

研究成果

• [雑誌論文] Suppression of endogenous retroviral enhancers in mouse embryos derived from somatic cell nuclear transfer (2022)
  • 著者名/発表者名: Shikata Daiki、Matoba Shogo、Hada Masashi、Sakashita Akihiko、Inoue Kimiko、Ogura Atsuo
  • 雑誌名: Frontiers in Genetics 巻: 13 ページ: 1032760-1032760
  • DOI: 10.3389/fgene.2022.1032760
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Highly rigid H3.1/H3.2-H3K9me3 domains set a barrier for cell fate reprogramming in trophoblast stem cells (2022)
  • 著者名/発表者名: Hada M, Miura H, Tanigawa A, Matoba S, Inoue K, Ogonuki N, Hirose M, Watanabe N, Nakato R, Fujiki K, Hasegawa A, Sakashita A, Okae H, Miura K, Shikata D, Arima T, Shirahige K, Hiratani I, Ogura A.
  • 雑誌名: Genes Dev 巻: 36 号: 1-2 ページ: 84-102
  • DOI: 10.1101/gad.348782.121
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] CRISPR/Cas9-based genetic screen of SCNT-reprogramming resistant genes identifies critical genes for male germ cell development in mice (2021)
  • 著者名/発表者名: Akter Most Sumona、Hada Masashi、Shikata Daiki、Watanabe Gen、Ogura Atsuo、Matoba Shogo
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 11 号: 1 ページ: 15438-15438
  • DOI: 10.1038/s41598-021-94851-9
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Easy and quick (EQ) sperm freezing method for urgent preservation of mouse strains (2021)
  • 著者名/発表者名: Mochida Keiji、Hasegawa Ayumi、Shikata Daiki、Itami Nobuhiko、Hada Masashi、Watanabe Naomi、Tomishima Toshiko、Ogura Atsuo
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 11 号: 1 ページ: 14149-14149
  • DOI: 10.1038/s41598-021-93604-y
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Loss of H3K27me3 imprinting in the Sfmbt2 miRNA cluster causes enlargement of cloned mouse placentas (2020)
  • 著者名/発表者名: Inoue Kimiko、Ogonuki Narumi、Kamimura Satoshi、Inoue Hiroki、Matoba Shogo、Hirose Michiko、Honda Arata、Miura Kento、Hada Masashi、Hasegawa Ayumi、Watanabe Naomi、Dodo Yukiko、Mochida Keiji、Ogura Atsuo
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 11 号: 1 ページ: 2150-2150
  • DOI: 10.1038/s41467-020-16044-8
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Germ cell depletion in recipient testis has adverse effects on spermatogenesis in orthotopically transplanted testis pieces via retinoic acid insufficiency (2020)
  • 著者名/発表者名: Tsuchimoto Akihiro、Tone Masaaki、Ogonuki Narumi、Hada Masashi、Ogura Atsuo、Takashima Seiji
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 10 号: 1 ページ: 10796-10796
  • DOI: 10.1038/s41598-020-67595-1
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 精子核凝縮過程におけるクロマチンの動態解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 羽田政司、福田裕子、古賀千津子、井上絵里奈、藤原靖浩、岡田由紀
  • 学会等名: 第115回日本繁殖生物学会大会
• [学会発表] 精子核凝縮過程におけるクロマチンの動態解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 羽田政司、福田裕子、古賀千津子、井上絵里奈、藤原靖浩、岡田由紀
  • 学会等名: 第45回日本分子生物学会年会
• [学会発表] 胚体外系列の細胞に特徴的なH3K9me3の巨大ドメインは、体細胞核移植法に対して強い抵抗性を示す (2021)
  • 著者名/発表者名: 羽田政司
  • 学会等名: 第114回日本繁殖生物学会大会
  • 招待講演
• [学会発表] 胚体外組織におけるヒストンH3バリアントH3.1/2の機能解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 1),羽田政司, 中戸隆一郎, 岡江寛明, 廣瀬美智子, 有馬隆博, 白髭克彦, 小倉淳郎
  • 学会等名: 第113回日本繁殖生物学会大会
• [備考] Research Highlight
  • URL: https://www.riken.jp/en/news_pubs/research_news/rr/20220401_1/index.html
• [備考] 胎盤らしさを支える分子基盤を解明
  • URL: https://www.riken.jp/press/2022/20220118_1/index.html
• [備考] 胎盤らしさを支える分子基盤を解明
  • URL: https://research-er.jp/articles/view/106845