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胎盤アミノ酸輸送系の破綻が引き起こす胎児代謝プログラム異常の解明

研究課題

研究課題/領域番号 23K20298
補助金の研究課題番号 20H03159 (2020-2023)
研究種目

基盤研究(B)

配分区分基金 (2024)
補助金 (2020-2023)
応募区分一般
審査区分 小区分42020:獣医学関連
研究機関国立研究開発法人理化学研究所

研究代表者

的場 章悟  国立研究開発法人理化学研究所, バイオリソース研究センター, 専任研究員 (20585202)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2024年度)
配分額 *注記
17,290千円 (直接経費: 13,300千円、間接経費: 3,990千円)
2024年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
2023年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
2022年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
2021年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
2020年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
キーワード胎盤 / アミノ酸輸送 / 代謝プログラミング / SNATファミリー / 胎盤特異的ノックアウト / アミノ酸トランスポーター
研究開始時の研究の概要

哺乳類では胎児の発生に必要な栄養素は全て胎盤を介して母体から供給される。そのため、胎盤での栄養供給に問題があると、胎児は低栄養状態に陥り深刻な生育異常を示す。しかし、その重要性にも関わらず、胎盤における胎児への栄養供給機構はほとんど分かっていない。本研究では、アミノ酸トランスポーターのSNATファミリー遺伝子の胎盤特異的ノックアウト(KO)マウスを用いて、胎盤でのアミノ酸供給機構の破綻が遺伝的に正常な胎児へ及ぼす影響を形態・エピゲノムの観点から包括的に理解することを目的とする。

研究実績の概要

本年度はこれまでに作出したSNATファミリー遺伝子の新規KOマウスラインを用いて、それぞれの遺伝子KOが胎盤および胎児の発生へ与える影響を解析した。
(1) Slc38a1, Slc38a2, Slc38a4のトリプルKOマウスの作製および解析。
昨年までに作出したSlc38a1, Slc38a2,Slc38a4の3遺伝子の全領域を欠損するマウスライン(SNAT KO)の解析を進めた。SNAT Null KO胚は着床後の早い段階で胎性致死を示す一方で、SNAT paternal KO (PKO)マウスは出生後に完全な生後致死を示した。Slc38a4単独のPKOは2-3割程度の個体は成体まで発育するため、Slc38a4 PKOではSlc38a1およびSlc38a2が機能補償していることが明らかになった。SNAT PKOマウスとSlc38a4 PKOマウスそれぞれの胎仔の血中アミノ酸濃度を測定したところ、野生型と比べて有意にアミノ酸濃度が低下しており、いくつかのアミノ酸はSNAT PKOで大きく低下していたためこれらの血中アミノ酸濃度の低下が出生後致死の原因である可能性が示唆された。
(2) SNAT遺伝子の胎盤特異的コンディショナルKO(cKO)マウスの作製。
Slc38a4のExon4を挟む形でloxpを二か所に挿入したfloxマウスについて、胎盤特異的(Tpbpa-Cre)および胎仔特異的(Lefty2-Cre)にCreを発現するマウス系統と交配し、それぞれの組織特異的にSlc38a4をKOしたときの表現型解析を進めた。Lefty2-Creマウスでは予想に反して胎盤側でも組換えが生じていたため、Sox2-Creマウスを導入して検証を進めている。また、Slc38a1, Slc38a2, Slc38a4を挟む形でloxpを二か所に挿入したSNAT floxマウスの作製にも成功した。

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

まず計画していた通り、SNATファミリー遺伝子のトリプルノックアウトマウスの解析を進めることができた。その結果、SNATファミリーNull KOは着床後の比較的早い段階で胎性致死を示すことが明らかになった。また、SNAT PKOマウスは全て出生後致死となり、Slc38a4 PKOよりも重篤な表現型を示すことから、SNATファミリー遺伝子間に相互補償するシステムがあることが示唆された。さらに予定していた通り、SNAT PKOマウスおよびSlc38a4 PKOマウス胎仔血漿のメタボローム解析を進め、SNATファミリー遺伝子間に実際に相互補償システムがあること、そして特定の血中アミノ酸濃度の低下がSNAT PKOマウスでみられる生後致死の原因である可能性を示すことができた。
また、コンディショナルノックアウトについてはSlc38a4-Ex4-floxマウスがCre依存的にSlc38a4の機能欠損を起こすことを確認した。Slc38a1, Slc38a2, Slc38a4の3遺伝子をloxpで挟んだSNAT floxマウスの作出にも成功した。これらのマウスと胎盤特異的なCreマウス(Tpbpa-Cre)、および胎仔特異的なCreマウス(Lefty2-Cre)との交配を進めたが、Lefty2-Creマウスでは予想に反して胎盤側でも組換えが生じていたため、Sox2-Creマウスを導入して検証を進めている。

今後の研究の推進方策

令和6年度はSNATファミリー遺伝子のNull KOマウスおよびPKOマウスの表現型解析を進めつつ論文化する。これまでの研究からPKO胚は約半数が胎生致死である一方、残りの半数は出生に至ることが分かった。ただし、これらの出生に至ったPKO胚は体重が40%程度小さく、全てが生後致死を示した。胎仔血漿のメタボローム解析を実施した結果、アミノ酸の低下が明らかになった。一方でNull KO胚はE8.5までに致死であることが分かっており、胚盤胞期まではNull胚は正常に発生するため、着床直後に発生停止している可能性が高い。そこで今後はさらにステージをさかのぼり、E4.5-6.5を中心として、細胞増殖、および細胞分化への影響は、増殖・アポトーシス・細胞種特異的マーカーなどによる組織解析に加えて胎盤全体を用いたトランスクリプトーム解析も検討する。各KO胚から胎盤幹細胞を樹立済みであるため、それらの性情解析およびメタボローム解析を実施する。
一方でSlc38a4-Ex4-floxマウスおよびSNAT floxマウスと胎盤特異的なCreマウス(Tpbpa-Cre)、および胎仔特異的なCreマウス(Sox2-Cre)との交配を進めることで、Slc38a4およびSNATファミリー遺伝子の胎盤での機能および胎仔側(肝臓)での機能を切り分けて解析を進める。特に、胎盤特異的コンディショナルKO (CKO)マウスで胎仔の生育や代謝プログラムに変化が起きるのかについて着目して解析を進める。必要に応じて、理研BRC内での表現型解析パイプラインの利用も検討する。

報告書

(4件)
  • 2023 実績報告書
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 研究成果

    (29件)

すべて 2023 2022 2021 2020

すべて 雑誌論文 (18件) (うち国際共著 5件、 査読あり 17件、 オープンアクセス 17件) 学会発表 (11件) (うち招待講演 2件)

  • [雑誌論文] UHRF1 is essential for proper cytoplasmic architecture and function of mouse oocytes and derived embryos2023

    • 著者名/発表者名
      Uemura Shuhei、Maenohara Shoji、Inoue Kimiko、Ogonuki Narumi、Matoba Shogo、Ogura Atsuo、Kurumizaka Mayuko、Yamagata Kazuo、Sharif Jafar、Koseki Haruhiko、Ueda Koji、Unoki Motoko、Sasaki Hiroyuki
    • 雑誌名

      Life Science Alliance

      巻: 6 号: 8 ページ: e202301904-e202301904

    • DOI

      10.26508/lsa.202301904

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Histidine N1-position-specific methyltransferase CARNMT1 targets C3H zinc finger proteins and modulates RNA metabolism2023

    • 著者名/発表者名
      Shimazu Tadahiro、Yoshimoto Rei、Kotoshiba Kaoru、Suzuki Takehiro、Matoba Shogo、Hirose Michiko、Akakabe Mai、Sohtome Yoshihiro、Sodeoka Mikiko、Ogura Atsuo、Dohmae Naoshi、Shinkai Yoichi
    • 雑誌名

      Genes & Development

      巻: 37 号: 15-16 ページ: 724-742

    • DOI

      10.1101/gad.350755.123

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Incomplete activation of<i>Alyref</i>and<i>Gabpb1</i>leads to preimplantation arrest in cloned mouse embryos2023

    • 著者名/発表者名
      Ihashi Shunya、Hamanaka Mizuto、Kaji Masaya、Mori Ryunosuke、Nishizaki Shuntaro、Mori Miki、Imasato Yuma、Inoue Kimiko、Matoba Shogo、Ogonuki Narumi、Takasu Atsushi、Nakamura Misaki、Matsumoto Kazuya、Anzai Masayuki、Ogura Atsuo、Ikawa Masahito、Miyamoto Kei
    • 雑誌名

      Life Science Alliance

      巻: 6 号: 11 ページ: e202302296-e202302296

    • DOI

      10.26508/lsa.202302296

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Glutamine protects mouse spermatogonial stem cells against NOX1-derived ROS for sustaining self-renewal division in vitro.2023

    • 著者名/発表者名
      Miyazaki T, Kanatsu-Shinohara M, Ogonuki N, Matoba S, Ogura A, Yabe-Nishimura C, Zhang H, Pommier Y, Trumpp A, Shinohara T.
    • 雑誌名

      Development

      巻: 150 号: 20

    • DOI

      10.1242/dev.201157

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Noncanonical imprinting sustains embryonic development and restrains placental overgrowth2022

    • 著者名/発表者名
      Matoba Shogo、Kozuka Chisayo、Miura Kento、Inoue Kimiko、Kumon Mami、Hayashi Ryoya、Ohhata Tatsuya、Ogura Atsuo、Inoue Azusa
    • 雑誌名

      Genes & Development

      巻: 36 ページ: 436-448

    • DOI

      10.1101/gad.349390.122

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Suppression of endogenous retroviral enhancers in mouse embryos derived from somatic cell nuclear transfer2022

    • 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

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 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 cells2022

    • 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

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Regeneration of spermatogenesis by mouse germ cell transplantation into allogeneic and xenogeneic testis primordia or organoids2022

    • 著者名/発表者名
      Kanatsu-Shinohara Mito、Ogonuki Narumi、Matoba Shogo、Morimoto Hiroko、Shiromoto Yusuke、Ogura Atsuo、Shinohara Takashi
    • 雑誌名

      Stem Cell Reports

      巻: 17 号: 4 ページ: 924-935

    • DOI

      10.1016/j.stemcr.2022.02.013

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Tsga8 is required for spermatid morphogenesis and male fertility in mice2021

    • 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

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 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 mice2021

    • 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

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Epigenetic abnormalities associated with somatic cell nuclear transfer2021

    • 著者名/発表者名
      Ogura Atsuo、Matoba Shogo、Inoue Kimiko
    • 雑誌名

      Reproduction

      巻: -

    • DOI

      10.1530/rep-21-0013

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書 2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 配偶子形成を経ない体細胞クローンの解析から見えてくる経世代エピゲノムの重要性2021

    • 著者名/発表者名
      的場章悟、小倉淳郎
    • 雑誌名

      実験医学

      巻: 39 ページ: 889-895

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [雑誌論文] Autologous transplantation of spermatogonial stem cells restores fertility in congenitally infertile mice2020

    • 著者名/発表者名
      Kanatsu-Shinohara Mito、Ogonuki Narumi、Matoba Shogo、Ogura Atsuo、Shinohara Takashi
    • 雑誌名

      Proceedings of the National Academy of Sciences

      巻: 117 号: 14 ページ: 7837-7844

    • DOI

      10.1073/pnas.1914963117

    • NAID

      120006826644

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Efficient production of large deletion and gene fragment knock-in mice mediated by genome editing with Cas9-mouse Cdt1 in mouse zygotes2020

    • 著者名/発表者名
      Mizuno-Iijima Saori、他20名、Okada-Iwabu Miki、Iwabu Masato、Yagami Ken-ichi、Ogura Atsuo、Obata Yuichi、Takahashi Satoru、Mizuno Seiya、Yoshiki Atsushi、Sugiyama Fumihiro
    • 雑誌名

      Methods

      巻: - ページ: 30328-7

    • DOI

      10.1016/j.ymeth.2020.04.007

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 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 placentas2020

    • 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

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] A non-mosaic transchromosomic mouse model of Down syndrome carrying the long arm of human chromosome 212020

    • 著者名/発表者名
      Kazuki Yasuhiro、Gao Feng J、Li Yicong、Moyer Anna J、Devenney Benjamin、Hiramatsu Kei、Miyagawa-Tomita Sachiko、Abe Satoshi、Kazuki Kanako、Kajitani Naoyo、Uno Narumi、Takehara Shoko、Takiguchi Masato、Yamakawa Miho、Hasegawa Atsushi、Shimizu Ritsuko、Matsukura Satoko、Noda Naohiro、et al.
    • 雑誌名

      eLife

      巻: 9 ページ: 1-29

    • DOI

      10.7554/elife.56223

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Generation of chimeric mice with spermatozoa fully derived from embryonic stem cells using a triple-target CRISPR method for Nanos3†2020

    • 著者名/発表者名
      Miura Kento、Matoba Shogo、Hirose Michiko、Ogura Atsuo
    • 雑誌名

      Biology of Reproduction

      巻: 104 号: 1 ページ: 223-233

    • DOI

      10.1093/biolre/ioaa176

    • NAID

      130007925789

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Development of assisted reproductive technologies for Mus spretus2020

    • 著者名/発表者名
      Hasegawa Ayumi、Mochida Keiji、Matoba Shogo、Inoue Kimiko、Hama Daiki、Kadota Masayo、Hiraiwa Noriko、Yoshiki Atsushi、Ogura Atsuo
    • 雑誌名

      Biology of Reproduction

      巻: 104 号: 1 ページ: 234-243

    • DOI

      10.1093/biolre/ioaa177

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] ヒストンメチル化酵素G9aの阻害剤による体細胞クローン法の改善2023

    • 著者名/発表者名
      的場章悟
    • 学会等名
      第70回日本実験動物学会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 受精卵のもつ全能性とその応用としての体細胞クローン2023

    • 著者名/発表者名
      的場章悟
    • 学会等名
      第166回日本獣医学会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] G9a 阻害剤による体細胞クローン法の改善2023

    • 著者名/発表者名
      的場章悟, 黒滝陽子, 四方大樹, 白井文幸, 山田祐子, 建部貴輝, 廣瀬美智子, 中田明子, 渡邉奈緒美, 長谷川歩未, 伊藤昭博, 吉田稔, 佐々木えりか, 小倉淳郎
    • 学会等名
      全能性プログラム 第5回公開シンポジウム
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 有性生殖の裏技:体細胞クローン法2023

    • 著者名/発表者名
      的場章悟
    • 学会等名
      第三回有性生殖研究会「生殖の多様性」
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 体細胞クローン胚のエピジェネティクス解析から見えるもの2022

    • 著者名/発表者名
      的場章悟
    • 学会等名
      有性生殖における染色体・クロマチン・核動態に関する若手研究者の会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 胎盤の各種栄養膜細胞特異的Creノックインマウスの作出2022

    • 著者名/発表者名
      的場章悟、羽田政司、四方大樹、内田あや、小倉淳郎
    • 学会等名
      第115回日本繁殖生物学会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] コモンマーモセットにおける体細胞クローン法の最適化2021

    • 著者名/発表者名
      的場章悟、黒滝陽子、山田祐子、越後貫成美、佐々木えりか、小倉淳郎
    • 学会等名
      第114回日本繁殖生物学会大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 体細胞クローン技術の最適化によるコモンマーモセットでのクローン胚盤胞作出2021

    • 著者名/発表者名
      的場章悟、黒滝陽子、山田祐子、越後貫成美、佐々木えりか、小倉淳郎
    • 学会等名
      第10回日本マーモセット研究会大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 体細胞クローン技術の現状と未来:問題点・改良法・応用例2020

    • 著者名/発表者名
      的場章悟
    • 学会等名
      第67回日本実験動物学会総会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] マウスY染色体上遺伝子が関与する性スペクトラム表現型2020

    • 著者名/発表者名
      的場章悟、三浦健人、尾崎藍、田村勝、小倉淳郎
    • 学会等名
      第113回日本繁殖生物学会大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] CRISPR-based genetic screen identified Cox7b2 and Gm773 as critical factors for the sperm fertilizing ability in mice2020

    • 著者名/発表者名
      Akter Most Sumona, 羽田政司、渡辺元、小倉淳郎、的場章悟
    • 学会等名
      第113回日本繁殖生物学会大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書

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公開日: 2020-04-28   更新日: 2024-12-25  

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