発生転換点における エピゲノム機能制御 とヒト-マウス比較 エピゲノミクス

• 研究領域: 生殖細胞のエピゲノムダイナミクスとその制御
• 研究課題/領域番号: 16H01225
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 生物系
• 研究機関: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: 阿部 訓也 国立研究開発法人理化学研究所, バイオリソースセンター, チームリーダー (40240915)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 9,620千円 (直接経費: 7,400千円、間接経費: 2,220千円); 2017年度: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円); 2016年度: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)
• キーワード: 始原生殖細胞 / 着床 / エピブラスト幹細胞 / 遺伝子発現 / GS細胞 / エピゲノム / DNAメチル化 / 生殖細胞 / 着床胚 / 比較エピゲノム / 多能性幹細胞

研究実績の概要

Wnt阻害剤を用いて、マウスナイーブ型幹細胞であるES細胞からプライム型幹細胞であるEpiSC細胞への転換を効率良く行う新規培養技 術を確立し、雌ES細胞を用いて、この転換過程における遺伝子発現、エピゲノム変動 に関する解析を行った。この実験系では、約5日間の間にドーム状のナイーブ型からフラットな形態を持つプライム型幹細胞への転換 が起こるが、この過程について、シングルセルRNA-Seq技術等を用いてトランスクリプトーム動態の解析を実施した。その結果、分化転換を誘導した2日目から3日目にかけて、発現プロファイルの多様性が急激に増加することが明らかになり、発現プロファイルの異なる複数の細胞亜集団が出現することを初めて明らかにした。 並行して、ヒストン修飾 、DNAメチル化等のエピゲノム変動の解析も実施し、DNAメチル化がEpiSC形成時に有意に増大することを確認した。こメチル化増大の意義を調べるために、DNAメチル化転移酵素のノックアウト細胞を用いて、EpiSCへの分化誘導を行ったところ、驚くべきことに野生型と同様な性質を示すEpiSC様細胞を得ることに成功した。このことは、EpiSC形成自体にはDNAメチル化は必須では無いことを示すが、その後の解析から、分化能を制限するエピジェネティックバリアーの形成にDNAメチル化が重要な役割を持つことをを明らかにした。
雄性生殖細胞分化のin vitroモデルとしてGS細胞は非常に有効であるが、精子形成が可能な幹細胞活性を持つGS細胞は、細胞集団中のごく一部であり、特性の異なる細胞が混在した不均一な集団であると考えられるが、その実態は不明であった。未分化精子幹細胞のマーカー２種のレポーターを発現するGS細胞を作製・解析することにより、GS細胞は、当初考えられていたよりも不均一な集団であることを初めて明確に示すことが出来た。

現在までの達成度 (段落)

29年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

29年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] ライデン大学医学センター(オランダ)
• [雑誌論文] Cell Type-Specific Survey of Epigenetic Modifications by Tandem Chromatin Immunoprecipitation Sequencing (2018)
  • 著者名/発表者名: Mito Mari、Kadota Mitsutaka、Tanaka Kaori、Furuta Yasuhide、Abe Kuniya、Iwasaki Shintaro、Nakagawa Shinichi
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 8 号: 1 ページ: 1143-1143
  • DOI: 10.1038/s41598-018-19494-9
  • NAID: 120006398777
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A simplified and efficient protocol for derivation and maintenance of high-quality mouse primed pluripotent stem cells using Wnt inhibition. (2018)
  • 著者名/発表者名: Kondo M, Sugimoto M, Abe K.
  • 雑誌名: Current Protocol Protocols in Stem Cell Biology 巻: in press
  • 査読あり
• [雑誌論文] Genome-wide DNA methylation sequencing revealed that miR-663a is a novel epimutation candidate in CIMP- high endometrial cancer. (2017)
  • 著者名/発表者名: Megumi Yanokura, Kouji Banno, Masataka Adachi, Daisuke Aoki, Kuniya Abe
  • 雑誌名: International Journal of Oncology 巻: - 号: 6 ページ: 1934-1946
  • DOI: 10.3892/ijo.2017.3966
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] SCPortalen: human and mouse single-cell centric database (2017)
  • 著者名/発表者名: Abugessaisa Imad、Noguchi Shuhei、Bottcher Michael、Hasegawa Akira、Kouno Tsukasa、Kato Sachi、Tada Yuhki、Ura Hiroki、Abe Kuniya、Shin Jay W、Plessy Charles、Carninci Piero、Kasukawa Takeya
  • 雑誌名: Nucleic Acids Research 巻: 46 号: D1 ページ: D781-D787
  • DOI: 10.1093/nar/gkx949
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Locus coeruleus input to hippocampal CA3 drives single-trial learning of a novel context (2017)
  • 著者名/発表者名: Wagatsuma Akiko、Okuyama Teruhiro、Sun Chen、Smith Lillian M.、Abe Kuniya、Tonegawa Susumu
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences 巻: 115 号: 2 ページ: 2-2
  • DOI: 10.1073/pnas.1714082115
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Automated Detection and Tracking of Cell Clusters in Time-Lapse Fluorescence Microscopy Images (2017)
  • 著者名/発表者名: Yuan-Hsiang Chang, Hideo Yokota, Kuniya Abe, Chia-Tong, TangMing-Dar Tasi
  • 雑誌名: Journal of Medical and Biological Engineering 巻: 37,1 号: 1 ページ: 18-25
  • DOI: 10.1007/s40846-016-0216-y
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Conserved role of Ovo in germline development in mouse and Drosophila. (2017)
  • 著者名/発表者名: Hayashi, M., Shinozuka, Y., Shigenobu, S., Sato, M., Sugimoto, M., Ito, S., Abe, K., Kobayashi, S.
  • 雑誌名: Scientific Report 巻: 6 号: 1 ページ: 40056-40056
  • DOI: 10.1038/srep40056
  • NAID: 120007135169
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] CRISPR/Cas9-mediated genome editing in wild-derived mice: generation of tamed wild-derived strains by mutation of the a (nonagouti) gene (2017)
  • 著者名/発表者名: Michiko Hirose, Ayumi Hasegawa, Keiji Mochida, Shogo Matoba, Yuki Hatanaka, Kimiko Inoue, Tatsuhiko Goto, Hideki Kaneda, Ikuko Yamada, Tamio Furuse, Kuniya Abe, Yoshihisa Uenoyama, Hiroko Tsukamura, Shigeharu Wakana, Arata Honda, and Atsuo Ogura
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 7 号: 1 ページ: 42476-42476
  • DOI: 10.1038/srep42476
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A simplified and efficient protocol for derivation and maintenance of high-quality mouse primed pluripotent stem cells using Wnt inhibition. (2017)
  • 著者名/発表者名: Kondo M, Sugimoto M, Abe K
  • 雑誌名: Current Protocol Protocols in Stem Cell Biology 巻: -
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cellular dynamics of mouse trophoblast stem cells: Identification of a persistent stem cell type. (2016)
  • 著者名/発表者名: Motomura K, Oikawa M, Hirose M, Honda A, Togayachi S, Miyoshi H, Ohinata Y, Sugimoto M, Abe K, Inoue K, Ogura A.
  • 雑誌名: Biology of Reproduction 巻: 94 号: 6 ページ: 122-122
  • DOI: 10.1095/biolreprod.115.137125
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Detection and Localization of Mouse Induced Pluripotent Stem Cell Formation using Time-Lapse Fluorescence Microscopy Images. (2016)
  • 著者名/発表者名: Yuan-Hsiang Chang, Ｈideo Yokota, Kuniya Abe, Jung Hsien Liu, Ming-Dar Tsai
  • 雑誌名: Accepted as a contributed paper for the 38th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society 巻: - ページ: 3914-3917
  • DOI: 10.1109/embc.2016.7591583
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Fluorescence Microscopy Image Processing and Visualization for Analyzing Cell Kinematics, Proliferation and Attachment in Mouse Embryonic Stem Cell Culture. (2016)
  • 著者名/発表者名: Yuan-Hsiang Chang, Ｈideo Yokota, Kuniya Abe, Chih-Cheng Li, Ming-Dar Tsai
  • 雑誌名: Accepted as a contributed paper for 2016 IEEE 16th International Conference on Bioinformatics and Bioengineering (BIBE) 巻: - ページ: 222-229
  • DOI: 10.1109/bibe.2016.44
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Technology development for gene function analysis by CRISPR/Cas9 system (2017)
  • 著者名/発表者名: Shinnosuke Suzuki and Kuniya Abe
  • 学会等名: 4th World Congress of Reproductive Biology
  • 国際学会
• [学会発表] Comprehensive single-cell analyses on developmental transitions in mouse pluripotent stem cells. (2017)
  • 著者名/発表者名: Bottcher M, Ura H, Tada Y, Suzuki S, Carninci P, Abe K
  • 学会等名: Single Cell Genomics 2017
  • 国際学会
• [学会発表] Study on Epigenetic Barrier Formation in Mammalian Stem Cells (2017)
  • 著者名/発表者名: 阿部訓也
  • 学会等名: RIKEN・MARC・KMPC Mouse Workshop
  • 国際学会
• [学会発表] ２つの異なる多能性幹細胞状態を分けるエピジェネティックバリアー形成における新規DNAメチル化の役割 (2017)
  • 著者名/発表者名: 浦大樹、阿部訓也
  • 学会等名: 第11回日本エピジェネティクス研究会年会
• [学会発表] 2つの多能性状態であるナイーブ状態とプライム状態を分けるエピジェネティックバリアーにおけるDNAメチル化の役割 (2017)
  • 著者名/発表者名: 浦大樹、鈴木伸之介、田夛祐喜、阿部訓也
  • 学会等名: 日本遺伝学会第89回大会
• [学会発表] 生殖系列細胞の発生サイクルにおける減数分裂プログラムの獲得メカニズム (2017)
  • 著者名/発表者名: 細川美穂子、刀谷在美、林瑛理、望月綾子、沼田興治、阿部訓也、末盛博文、中辻憲夫、中馬新一郎
  • 学会等名: 日本遺伝学会第89回大会
• [学会発表] ナイーブ型とプライム型多能性幹細胞をわけるエピジェネティックバリアー形成におけるDNAメチル化の役割 (2017)
  • 著者名/発表者名: 浦大樹、阿部訓也
  • 学会等名: 第40回日本分子生物学会年会
• [学会発表] シングルセルRNA-Seqを用いたナイーブ型 -プライム型多能性幹細胞変換過程におけるモノアレル遺伝子発現解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 田夛祐喜、阿部訓也
  • 学会等名: 第40回日本分子生物学会年会
• [学会発表] Xist/Tsix expression dynamics during mouse peri-implantation development revealed by whole-mout 3D RNA-FISH (2016)
  • 著者名/発表者名: Hirosuke Shiura and Kunia Abe
  • 学会等名: X-Chromosome inactivation: a tribute to Mary Lyon
  • 発表場所: London and Oxford（UK）
  • 年月日: 2016-10-03
  • 国際学会
• [学会発表] Robust induction of primed pluripotency in mammals: Wnt inhibition is critical for derivation and maintenance of mouse epiblast stem cells. (2016)
  • 著者名/発表者名: Abe K, Kondo M, Sugimoto M
  • 学会等名: INASCON (International Scientific Conference) 2016
  • 発表場所: Kelantan（Malaysia）
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Studies on mouse peri-implantation development using developmental mutant and stem cells. (2016)
  • 著者名/発表者名: 阿部訓也
  • 学会等名: 熊本大学リエゾンラボ研究会／HIGOプログラム最先端研究セミナー
  • 発表場所: 熊本大学（熊本県）
  • 招待講演
• [学会発表] Robust induction of primed pluripotency in mammals: Wnt inhibition is critical for derivation and maintenance of mouse epiblast stem cells. (2016)
  • 著者名/発表者名: Kuniya Abe
  • 学会等名: Tsukuba Global Science Week 2016
  • 発表場所: つくば国際会議場（茨城県）
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Visualization tools for epigenomics. (2016)
  • 著者名/発表者名: 阿部訓也
  • 学会等名: The 5th BRC-MARC Mouse Resource Workshop
  • 発表場所: 理化学研究所バイオリソースセンター（茨城県）
• [学会発表] Comprehensive study on naive-to-primed stem cell conversion process by integration of single-cell transcriptomics and epigenetic analysis. (2016)
  • 著者名/発表者名: Hiroki Ura, Michael Bottcher, Shinnosuke Suzuki, Piero Carninci, Kuniya Abe
  • 学会等名: QBiC Symposium 2016 「Decording Organisms by Quantitative Cell Profiling」
  • 発表場所: 理化学研究所生命システム研究センター（大阪府）
• [学会発表] Germline Stem (GS)細胞における複数遺伝子の高効率機能解析技術の開発 (2016)
  • 著者名/発表者名: 鈴木伸之介、阿部訓也
  • 学会等名: 第109回日本繁殖生物学会大会
  • 発表場所: 麻布大学（神奈川県）
• [図書] 遺伝単 遺伝学用語集 対訳付き 日本遺伝学会監修・編「生物の科学 遺伝」別冊 (2017)
  • 著者名/発表者名: 阿部訓也
  • 総ページ数: 371
  • 出版者: エヌ・ティー・エス
  • ISBN: 9784860434991
• [図書] 遺伝単 遺伝学用語集 対訳付き 日本遺伝学会監修・編「生物の科学 遺伝」別冊 (2017)
  • 著者名/発表者名: 阿部 訓也
  • 出版者: NTS社
• [産業財産権] iPS細胞の白色光観察＋機械学習判定 (2017)
  • 発明者名: 張元翔, 横田秀夫, 阿部訓也, 蔡明達
  • 権利者名: 張元翔, 横田秀夫, 阿部訓也, 蔡明達
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2017-026477
  • 出願年月日: 2017
• [産業財産権] METHOD AND APPARATUS FOR DETECTING CELL REPROGRAMMING (2017)
  • 発明者名: 張 元翔, 横田 秀夫, 阿部 訓也, 蔡 明達
  • 権利者名: 国立研究開発法人理化学研究所, 中原大學
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2017-026477
  • 出願年月日: 2017-02-15
  • 外国