| 研究課題/領域番号 |
21H02383
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分42030:動物生命科学関連
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| 研究機関 | 東京理科大学 |
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研究代表者 |
前澤 創 東京理科大学, 理工学部応用生物科学科, 准教授 (90548174)
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| 研究分担者 |
林 陽平 東北大学, 加齢医学研究所, 助教 (00588056)
大我 政敏 麻布大学, 獣医学部, 講師 (40644886)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円)
2022年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)
2021年度: 7,410千円 (直接経費: 5,700千円、間接経費: 1,710千円)
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| キーワード | 生殖科学 / エピゲノム / 代謝 / メタボローム / 精子形成 / エピジェネティクス / 生殖細胞 / 発生分化 / 栄養 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
生殖細胞は生命の永続性を担う。生殖細胞が作られる段階で生じた環境変化の影響は、エピゲノムを介して次世代へ受け継がれていく。このようなエピゲノムの世代を超えた伝達は、次世代やその先の世代の発生や行動に影響を与えると考えられているが、その詳細なメカニズムは不明である。本研究では、哺乳類精子形成期に焦点を当て、精子形成期に亘る代謝システムを明らかにするとともに、その時期に構築される配偶子特異的なエピゲノムとの関連性を明らかにする。さらに、栄養環境変化によってもたらされるエピゲノム異常が、次世代の発生に与える影響を明らかにする。本研究成果により、新たな予防医療や健康科学分野の創生につながる。
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| 研究実績の概要 |
本研究は、栄養環境や代謝状態の変化による、マウス配偶子形成期のエピゲノムへの影響や、次世代へ継承されるメカニズムの解明を目的とする。申請者はマウス精子形成期をモデルに、減数分裂移行期にみられる大規模な遺伝子発現変化が、生殖細胞特異的なエピゲノム変化によってもたらされることを明らかにした。配偶子形成期のエピゲノムは、栄養環境などの外部要因によって変化し、低タンパク質、葉酸欠乏、ビタミン欠乏、高脂質などの環境下で飼育されたマウスでは精子中のエピゲノム異常が生じることが示されている。細胞内代謝変化がエピゲノム変化をもたらす「代謝-エピゲノムクロストーク」が、配偶子形成期において機能し、エピゲノム変化が代謝記憶として世代を超えて影響を与えていると考えられるが、その実態は未解明であった。
そこで本研究では、まずマウス精子形成期の代表的な分化段階の生殖細胞を分取し、雄性生殖細胞の分化進行やエピゲノム形成に寄与する代謝系の包括的な特定を試みた。その結果、分化進行に伴ってエネルギー代謝系の変換やアミノ酸やヌクレオチド代謝の変化が生じていた。さらに、DNAメチル化やヒストンメチル化修飾の際のメチル基供与体であるSAMの合成に機能するSer-Gly-one-carbon metabolism（SGOC代謝）が機能していることが示唆された。また、精子形成期におけるSGOC代謝の機能を明らかにするために、SGOC代謝に機能する因子を標的とした阻害剤投与実験を行い、精子形成期の分化進行への影響を検討した。その結果、阻害剤投与により、減数分裂期への分化進行が遅延していた。さらに、免疫染色法によって、阻害剤投与群の生殖細胞においてエピゲノム異常が生じていることが示された。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
当初の予定では、2021年度にメタボローム解析を終え、トランスクリプトームやプロテオームデータとの統合解析から、精子形成で機能する代謝系の推定を完了する予定であった。さらに、推定した代謝系を標的にしたマウス個体への阻害剤投与試験を実施し、雄性生殖細胞の分化進行や妊孕性への影響を検証する予定であった。実際には、代謝系の推定を完了し、阻害剤投与試験を開始し、分化進行やエピゲノム形成への影響を捉えることができた。一方で、阻害剤投与試験によって分化進行の異常が生じたことで妊孕性試験に用いる配偶子が得られていないことから、妊孕性や次世代の発生への影響は検証できていない。以上から、本研究はおおむね順調に進展していると判断した。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後、阻害剤投与試験の条件をさらに検討し、分化進行への影響を検証するとともに、妊孕性試験を完了する。自然交配や成熟精子の分取が難しい場合には、円形精子細胞や伸長精子細胞を用いた顕微受精を行い、胚発生への影響を検討する。また、阻害剤投与試験によって生じた生殖細胞内のエピゲノム異常について、標的の細胞を分取し、CUT&Tag法やRRBS法によって異常が生じたゲノム領域を特定する。さらに、標的とする代謝系に関わる制御因子を生殖細胞特異的に欠損させたコンディショナルノックアウトマウスの作出を進める。
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