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トランスポゾン抑制と不妊表現型を統一的に説明するエピゲノム機構の解明

研究課題

研究課題/領域番号 23K23811
補助金の研究課題番号 22H02547 (2022-2023)
研究種目

基盤研究(B)

配分区分基金 (2024)
補助金 (2022-2023)
応募区分一般
審査区分 小区分43010:分子生物学関連
研究機関国立研究開発法人理化学研究所 (2023-2024)
慶應義塾大学 (2022)

研究代表者

岩崎 由香  国立研究開発法人理化学研究所, 生命医科学研究センター, チームリーダー (80612647)

研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2024年度)
配分額 *注記
17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円)
2024年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円)
2023年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円)
2022年度: 6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円)
キーワード核内構造 / 非コードRNA / トランスポゾン / ヘテロクロマチン / 発生不全 / エピゲノム制御 / 不妊 / ゲノム構造 / 転写制御 / 小分子RNA
研究開始時の研究の概要

PIWIタンパク質と小分子非コードRNAであるpiRNAの複合体は、ゲノムの安定性維持と遺伝情報の伝達に極めて重要な役割を果たす。PIWI-piRNA複合体は生殖組織特異的に機能しトランスポゾンの発現を選択的に抑制する他、PIWI遺伝子欠損個体は哺乳類を含む幅広い生物種において不妊の表現型を示す。PIWI遺伝子の欠損は長期的には確かにトランスポゾンの転移の蓄積によるゲノムの不安定化を引き起こすと考えられるものの、ではなぜ、短期的にも培養細胞の死滅や不妊という重大な表現型をもたらすのか?本研究では、PIWI欠失個体においてエピゲノム状態の異常が不妊に繋がるメカニズムの解明を目指す。

研究実績の概要

本研究では、トランスポゾンの脱抑制に伴い引き起こされる不妊の表現型を統一的に説明するメカニズムの解明を目指している。本年度は、とくに哺乳類における不妊の表現型に着目し、哺乳類のトランスポゾン抑制機構を解析するための実験系の構築およびそれを用いた解析に尽力した。昨年度から、非生殖組織由来の培養細胞を用いて、人工的にPIWI-piRNA転写制御マシナリーをレポーター上にリクルートすることで抑制を再構成する実験系を構築している。この実験系を用いることで、トランスポゾン上に構築されるヘテロクロマチン構造の詳細を理解し、ゲノムワイドな解析と併せてトランスポゾンが引き起こすゲノム上の変化の何が不妊の表現型を引き起こすかを明らかにしていきたい。本年度は、構築したレポーター系を用いて哺乳類piRNAによる転写抑制の鍵因子として数年前に報告されたSPOCD1を強制的にリクルートした。その結果、レポーター上にpiRNAによる制御を模倣したかたちで転写が抑制されることを観察できた。これを受けて、転写制御時に起こる遺伝子発現制御を精査したところ、既報のようにDNAメチル化を伴う制御ではないことが明らかとなった。DNAメチル化を伴わないどのような制御が起こっているかを明らかにするために、リクルートした構造体と協調して働く因子の同定を試みた結果、新規候補因子を複数同定した。これらについて、相互作用の有無やテザリングを行った際の転写抑制能を確認することで、実際にDNAメチル化非依存的な転写制御を引き起こす有力候補因子を絞り込むことに成功した。今後は候補因子のノックアウトマウスを用いた個体解析により、不妊の表現型への寄与を検討していく。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

本年度は、研究代表者の独立に伴い、所属機関の異動と研究室の立ち上げを行ったため、予定よりも研究の進捗がやや遅れた。昨年度から構築している、非生殖組織由来の培養細胞を用いて、人工的にPIWI-piRNA転写制御マシナリーをレポーターにリクルートする実験系を用いた解析をすすめた。哺乳類piRNAによる転写抑制の鍵因子として数年前に報告されたSPOCD1を強制的にレポーター上にリクルートした結果、レポーター上にpiRNAによる制御を模倣したかたちで転写が抑制されることを観察できた。これを受けて、転写制御時に起こる遺伝子発現制御を精査したところ、既報のようにDNAメチル化を伴う制御ではないことが明らかとなった。また、SPOCD1のとくにIDR領域と相互作用する因子が転写制御を引き起こしていることを明らかにした。これらを受けて、とくにSPOCD1のIDR領域との相互作用因子をプロテオーム解析により同定した結果、新規候補因子を複数同定した。これらについて、SPOCD1との相互作用の有無やテザリングを行った際の転写抑制能を確認することで、実際にDNAメチル化非依存的な転写制御を引き起こす有力候補因子を絞り込むことに成功した。また、候補因子について非生殖組織由来の細胞を用いた解析を行った結果、この因子が非生殖組織でもトランスポゾンを抑制している可能性を見出した。

今後の研究の推進方策

今後は、前年度の解析から得られた有力候補因子について、マウス個体を用いた解析を行う。前述のとおり、レポーター上にpiRNA経路におけるトランスポゾン転写抑制中核因子であるSPOCD1をリクルートすることで、piRNAによる制御を模倣したかたちで転写が抑制されることを観察できている。このSPOCD1と相互作用し、転写抑制を引き起こす新規因子について、ノックアウトマウスを用いた解析を行う。具体的には、トランスポゾンの脱抑制や不妊の表現型への寄与を解析すると同時に、DNAメチル化への寄与やエピゲノム解析を用いたゲノムワイドな影響を明らかにする。また、この候補因子については非生殖組織由来の細胞でもトランスポゾン抑制能が観察されることから、培養細胞系を併用することで、詳細な機能解析をすすめる。

報告書

(2件)
  • 2023 実績報告書
  • 2022 実績報告書
  • 研究成果

    (18件)

すべて 2024 2023 2022

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (14件) (うち国際学会 4件、 招待講演 14件)

  • [雑誌論文] PIGB maintains nuclear lamina organization in skeletal muscle of Drosophila2024

    • 著者名/発表者名
      Yamamoto-Hino Miki、Ariura Masaru、Tanaka Masahito、Iwasaki Yuka W.、Kawaguchi Kohei、Shimamoto Yuta、Goto Satoshi
    • 雑誌名

      Journal of Cell Biology

      巻: 223 号: 2 ページ: 1-30

    • DOI

      10.1083/jcb.202301062

    • 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] In preprints: revisiting RNA in PRC22023

    • 著者名/発表者名
      Iwasaki Yuka W.、Koseki Haruhiko、Ito Shinsuke
    • 雑誌名

      Development

      巻: 150 号: 22

    • DOI

      10.1242/dev.202440

    • 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] Mod(mdg4) variants repress telomeric retrotransposon HeT-A by blocking subtelomeric enhancers2022

    • 著者名/発表者名
      Chikara Takeuchi, Moe Yokoshi, Shu Kondo, Aoi Shibuya, Kuniaki Saito, Takashi Fukaya, Haruhiko Siomi, Yuka W Iwasaki
    • 雑誌名

      Nucleic Acids Research

      巻: 50 号: 20 ページ: 11580-11599

    • DOI

      10.1093/nar/gkac1034

    • 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] Generation of Stable Drosophila Ovarian Somatic Cell Lines Using the piggyBac System2022

    • 著者名/発表者名
      Takeuchi Chikara、Murano Kensaku、Ishikawa Mitsuru、Okano Hideyuki、Iwasaki Yuka W.
    • 雑誌名

      Methods in Molecular Biology

      巻: 2509 ページ: 143-153

    • DOI

      10.1007/978-1-0716-2380-0_9

    • ISBN
      9781071623794, 9781071623800
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] ゲノム構造変化を介したトランスポゾンの転写抑制機構2024

    • 著者名/発表者名
      岩崎由香
    • 学会等名
      第6回ゲノム生物物理学セミナー
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Small RNA-mediated regulatory mechanism of transposable elements2024

    • 著者名/発表者名
      Yuka W. Iwasaki
    • 学会等名
      OIST-JST Joint Meeting
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] トランスポゾンとその制御機構の相克によって形成されるゲノム構造と遺伝子発現2023

    • 著者名/発表者名
      岩崎由香
    • 学会等名
      第97回日本薬理学会年会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Transcriptional regulation of telomeric transposon via enhancer architecture2023

    • 著者名/発表者名
      Yuka W. Iwasaki
    • 学会等名
      第46回日本分子生物学会年会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Decoding the Non-coding Genome2023

    • 著者名/発表者名
      Yuka W. Iwasaki
    • 学会等名
      The 1st OIST-RIKEN Meeting
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Co-transcriptional silencing by nuclear PIWI-piRNA complex2023

    • 著者名/発表者名
      Yuka W. Iwasaki
    • 学会等名
      The 3rd Asia RNA Club
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 小分子 RNA による ヘテロクロマチン形成を介した転写制御2023

    • 著者名/発表者名
      岩崎由香
    • 学会等名
      第3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] Co-transcriptional silencing and heterochromatin formation by nuclear PIWI-piRNA complex2022

    • 著者名/発表者名
      Yuka W. Iwasaki
    • 学会等名
      Cold Spring Harbor Asia "RNA biology meeting"
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Understanding and reconstructing small RNA-mediated heterochromatin formation2022

    • 著者名/発表者名
      岩崎由香
    • 学会等名
      第45回日本分子生物学会年会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Small RNA mediated co-transcriptional silencing and heterochromatin formation2022

    • 著者名/発表者名
      Yuka W. Iwasaki
    • 学会等名
      32nd Tokyo RNA Club
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Understanding and reconstructing small RNA-mediated heterochromatin formation2022

    • 著者名/発表者名
      Yuka W. Iwasaki
    • 学会等名
      第60回生物物理学会年会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Understanding and reconstructing small RNA-mediated heterochromatin formation2022

    • 著者名/発表者名
      Yuka W. Iwasaki
    • 学会等名
      RIKEN IMS-McGill Symposium
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Understanding and reconstructing small RNA-mediated heterochromatin formation2022

    • 著者名/発表者名
      Yuka W. Iwasaki
    • 学会等名
      Japan-UK Regulation through Chromatin Conference
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Nuclear architectural changes upon small RNA mediated silencing2022

    • 著者名/発表者名
      Yuka W. Iwasaki
    • 学会等名
      The 10th Keio-Stanford Webinar: Functional Genomics (SLDDDRS Webinar Series)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演

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公開日: 2022-04-19   更新日: 2024-12-25  

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