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精子形成期における分化運命決定機構

公募研究

研究領域配偶子インテグリティの構築
研究課題/領域番号 21H00233
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
研究機関東京理科大学

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)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
9,620千円 (直接経費: 7,400千円、間接経費: 2,220千円)
2022年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2021年度: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円)
キーワード精子形成 / エピジェネティクス / クロマチン / 生殖細胞 / 転写因子 / 生殖科学 / エピゲノム / パイオニア因子 / 分化運命 / 分化
研究開始時の研究の概要

生殖細胞は、細胞分裂を繰り返して細胞数を増やすが、ある時期が来ると減数分裂を起こし、やがて精子もしくは卵に分化する。精子の元となる細胞(幹細胞)から精子が作られる際には、数千もの遺伝子発現が変化する。遺伝子発現変化は、ヒストンやDNAの化学修飾や、クロマチン構造変化によってもたらされ、そこでは多くの制御因子が機能している。その中でも本研究では、細胞の分化運命決定を担っている制御因子の同定、及びクロマチン構造の制御機構解明を目的とする。

研究実績の概要

本研究は、哺乳類精子形成期における分化運命決定機構の解明を目的とした。生殖細胞が分化し減数分裂期へ移行する際には、数千もの遺伝子発現が変化し、体細胞分裂型の遺伝子発現プロファイルから精子形成期特有の遺伝子発現プロファイルへ切り替わる。体細胞系列において、パイオニア転写因子や、クロマチン高次構造の再編成が細胞運命の決定に重要な役割を担っていることが示されつつあるが、生殖細胞分化においてはその分子機構が未解明であった。そこで、本研究ではマウス精子形成期をモデルに、分化進行を制御する転写因子群の同定、およびクロマチン構造制御機構の解明を目指した。
まず、シングルセルATAC-seq法を用いて、分化進行に伴うクロマチン開閉状態の変化を解析し、遺伝子発現を制御するクロマチン領域を同定した。その結果、開閉の変化がみられた領域において、精子形成での機能が知られている転写因子結合モチーフの他に、精子形成期における機能が未知の転写因子結合モチーフが複数見出された。それら転写因子の機能を明らかにするために、機能欠失マウスの作製、およびCUT&Tag法を用いて転写因子が結合するゲノム領域の同定を行った。
さらに、分化進行に伴うクロマチン構造の制御機構を明らかにするために、代表的な分化段階の生殖細胞を用いて、ChIP-seq法によりクロマチン高次構造制御因子CTCFのクロマチン結合領域を同定した。その結果、減数分裂期の前後でCTCFが結合するゲノム領域が切り替わっていることが示された。体細胞型遺伝子発現の抑制に機能するポリコーム因子SCML2の機能欠損マウスの精母細胞では、CTCF結合領域の変換に異常が生じていたことから、エピジェネティックな制御によってCTCFの結合するゲノム領域が制御されていることが示唆された。
これらの成果は、エピゲノム編集等の人為的な操作による生体外配偶子形成への応用に貢献する。

現在までの達成度 (段落)

令和4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

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 研究成果

    (15件)

すべて 2023 2022 2021 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 6件、 査読あり 6件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 1件、 招待講演 3件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] UC Davis/CCHMC(米国)

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [雑誌論文] Polycomb protein SCML2 mediates paternal epigenetic inheritance through sperm chromatin2023

    • 著者名/発表者名
      *Sakashita A, Ooga M, Otsuka K, Maezawa S, Takeuchi C, Wakayama S, Wakayama T, and *Namekawa SH
    • 雑誌名

      Nucleic Acids Research

      巻: in press

    • 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] Bioinformatics Pipelines for Identification of Super-Enhancers and 3D Chromatin Contacts2022

    • 著者名/発表者名
      Sakashita Akihiko、Takeuchi Chikara、Maezawa So、Namekawa Satoshi H.
    • 雑誌名

      Methods Mol. Biol.

      巻: 2577 ページ: 123-146

    • DOI

      10.1007/978-1-0716-2724-2_9

    • ISBN
      9781071627235, 9781071627242
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] ATAC-Seq Analysis of Accessible Chromatin: From Experimental Steps to Data Analysis2022

    • 著者名/発表者名
      Tatara Mayu、Ikeda Taiyo、Namekawa Satoshi H.、Maezawa So
    • 雑誌名

      Methods Mol. Biol.

      巻: 2577 ページ: 65-81

    • DOI

      10.1007/978-1-0716-2724-2_5

    • ISBN
      9781071627235, 9781071627242
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] PRC1-mediated epigenetic programming is required to generate the ovarian reserve2022

    • 著者名/発表者名
      Hu Mengwen、Yeh Yu-Han、Munakata Yasuhisa、Abe Hironori、Sakashita Akihiko、Maezawa So、Vidal Miguel、Koseki Haruhiko、Hunter Neil、Schultz Richard M.、Namekawa Satoshi H.
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 13 号: 1

    • DOI

      10.1038/s41467-022-31759-6

    • 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] Use of Visual Information by Ant Species Occurring in Similar Urban Anthropogenic Environments2022

    • 著者名/発表者名
      Notomi Yusuke、Kazawa Tomoki、Maezawa So、Kanzaki Ryohei、Haupt Stephan Shuichi
    • 雑誌名

      Zoological Science

      巻: 39 号: 6 ページ: 529-544

    • DOI

      10.2108/zs220035

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Meiotic sex chromosome inactivation and the XY body: a phase separation hypothesis2021

    • 著者名/発表者名
      Alavattam Kris G.、Maezawa So、Andreassen Paul R.、Namekawa Satoshi H.
    • 雑誌名

      Cellular and Molecular Life Sciences

      巻: 79 号: 1

    • DOI

      10.1007/s00018-021-04075-3

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] マウス精子形成期におけるエピゲノムおよびクロマチン制御機構2023

    • 著者名/発表者名
      前澤創
    • 学会等名
      第3回有性生殖研究会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 生命の連続性を担う、生殖細胞のエピゲノム形成機構2022

    • 著者名/発表者名
      前澤創
    • 学会等名
      日本医科大学・東京理科大学 第9回合同シンポジウム
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Polycomb suppresses a female gene regulatory network in Sertoli cells2022

    • 著者名/発表者名
      前澤創
    • 学会等名
      第15回日本エピジェネティクス研究会年会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Dynamic nuclear lamina-chromatin interactions during spermatogenesis2022

    • 著者名/発表者名
      前澤創
    • 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
  • [学会発表] Dynamic nuclear lamina-chromatin interactions during spermatogenesis2022

    • 著者名/発表者名
      前澤創
    • 学会等名
      The International Symposium "Totipotency and Germ Cell Development"
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] マウス精子形成過程における分化運命決定機構の解明2022

    • 著者名/発表者名
      前澤創
    • 学会等名
      NGS EXPO 2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 生命の連続性を担う生殖細胞のエピゲノム形成機構2021

    • 著者名/発表者名
      前澤創
    • 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
    • 招待講演
  • [備考] 生殖細胞ができるメカニズムを明らかに

    • URL

      https://dept.tus.ac.jp/st/teachers/1617/

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書

URL: 

公開日: 2021-04-28   更新日: 2023-12-25  

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