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2018 年度 実績報告書

「個性」創発に至る次世代継承エピゲノム修飾とその脳内表現

計画研究

研究領域多様な「個性」を創発する脳システムの統合的理解
研究課題/領域番号 16H06530
研究機関東北大学

研究代表者

大隅 典子  東北大学, 医学系研究科, 教授 (00220343)

研究分担者 原 塑  東北大学, 文学研究科, 准教授 (70463891)
沖 真弥  九州大学, 医学研究院, 講師 (90452713)
研究期間 (年度) 2016-06-30 – 2021-03-31
キーワード脳科学 / 基盤・社会脳科学 / 脳計測科学
研究実績の概要

研究実績の概要
①マウス精巣ゲノム、エピゲノム、遺伝子発現解析:前年度までに同定した加齢精子によって変化するDNAメチル化領域(Differentially Methylated Regions, DMRs)について、特異的な転写因子結合部位との関連を指標に絞込を行い、候補転写因子Xを同定した。Xについて、市販の抗体を用いた免疫染色法およびウェスタン法によって発現を解析したが、いずれも矛盾のない結果を得ることができなかったので、技術支援班の協力により作成したCRISPR/Cas9によるTagノックインマウスを用いて解析したところ、免疫染色法によって精原細胞におけるXの発現が観察された。
②ヒト精子ゲノム、エピゲノム、遺伝子発現解析:学内倫理委員会の審査を経て、所定の手続きにより共同研究先のクリニックより供与されたヒト精子を用いて、ウェスタンブロットによるヒストン修飾因子の定量を行った。加齢マウスにおいて増加が観察されたH3K79me3について、ヒト精子においても加齢による増加の傾向が観察された。
③仔マウス個別脳内遺伝子発現様態解析および脳画像解析:
前年度までに得た胎生14.5日目の雄胎仔脳のRNA-seqデータに加えて、胎生14.5日目の雌胎仔脳のRNA-seqデータ(若齢雄および加齢雄由来の仔)を取得した。

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

①マウス精巣ゲノム、エピゲノム、遺伝子発現解析:モチーフ解析およびChIP-Atlas解析により、低メチル化領域の中に神経発生において重要な機能を有する興味深い転写抑制因子Xの結合配列が見つかり、さらにRNA-seqデータのGSEAからも同じ転写抑制因子がエンリッチすることがわかったことから、これら低メチル化領域の重要性や脳構築過程における遺伝子発現制御への関与を強く示している可能性がある。今後、XにTagを付加したノックインマウスの若齢雄および加齢雄において、加齢がXの発現に及ぼす影響を解析する予定である。
②ヒト精子ゲノム、エピゲノム、遺伝子発現解析:所定の手続きにより得られたヒト精子を用いてウェスタンブロットによるヒストン修飾因子の定量を行った。加齢マウスにおいて増加が観察されたH3K79me3について、ヒト精子においても加齢による増加の傾向が観察されたが、定量性に課題が残った。追加配分によって購入した自動電気泳動・ウェスタン装置を使用し、より定量性のある解析を行う予定である。
③仔マウス個別脳内遺伝子発現様態解析および脳画像解析:若齢父/加齢父および雄/雌の4群、それぞれ3個体について、遺伝子発現量と発現プロファイルの再解析を行っている。
④仔マウス個別多種行動解析および脳生理機能解析:母子分離超音波発声の解析より、若齢雄由来の仔と加齢雄由来の仔マウスにおけるコール数の発達過程に有意差が観察された。生後6日目において加齢雄由来の仔マウス観察されたコール数の有意な減少は、コール数の発達過程の遅れによるものであることが示唆された。また、加齢雄由来の仔マウスのシラブル解析から、個体内での使用シラブル数は減少するが、個体間での使用シラブルの種類には大きなばらつきが観察され、若齢雄由来の仔マウスよりも「際立った」個性を示すことが示唆された。
以上より、本研究テーマは順調に進捗しているといえる。

今後の研究の推進方策

①マウス精巣ゲノム、エピゲノム、遺伝子発現解析:加齢によりどのようにしてDMRsが生じるのかについて、および、精巣内精子形成過程におけるヒストン修飾分子の発現局在について解析を行う。
②ヒト精子ゲノム、エピゲノム、遺伝子発現解析:共同研究先のクリニックより、さらにヒト精子検体の供与を得て、ウェスタンブロットによるヒストン修飾因子の定量を続け、加齢の影響について解析を進める。
③仔マウス個別脳内遺伝子発現様態解析および脳画像解析:野生型雄マウスの加齢による仔マウスへの影響を解析するために、個体識別を行った仔マウスの脳構築について、神経活動マーカーc-Fosを用いた神経活動マッピングを行う。成体期への影響が残るかどうかに関しても各種分子マーカーを用いて組織学的検索を行う。また、若齢父/加齢父および雄/雌の4群、それぞれ3個体について、遺伝子発現量と発現プロファイルの再解析を進める。可能であれば、マウスを用いたMRI解析について条件検討を行う。
④仔マウス個別多種行動解析および脳生理機能解析:雄マウスの加齢による仔マウスへの影響について、個体識別を行った仔マウスについて、各種行動スコアの相関性について解析する。また、超音波発声については、ソノグラム画像のdeep learning解析を行っている論文などを参考にしつつ詳細なシラブル解析を行う系を確立し、超音波発声の発達の様態についても解析を進める。

  • 研究成果

    (20件)

すべて 2019 2018 その他

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件) 学会発表 (14件) (うち招待講演 11件) 図書 (1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Conserved and divergent functions of Pax6 underlie species-specific neurogenic patterns in the developing amniote brain.2018

    • 著者名/発表者名
      Yamashita, W., Takahashi, M.,Kikkawa, T., Gotoh, H.,Osumi, N., Ono, K. and Nomura, T.
    • 雑誌名

      Development.

      巻: 145 ページ: dev159764

    • DOI

      10.1242/dev.159764.

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Entrainment of the Circadian Clock in Neural Stem Cells by Epidermal Growth Factor is Closely Associated with ERK1/2-mediated Induction of Multiple Clock-related Genes.2018

    • 著者名/発表者名
      Mogi, A., Yomoda, R., Kimura, S., Tsushima, C., Takouda, J., Sawauchi, M., Maekawa, T., Ohta, H., Nishino, S., Kurita, M., Mano, N., Osumi, N. and Moriya, T.
    • 雑誌名

      Neuroscience.

      巻: 379 ページ: 45-66

    • DOI

      10.1016/j.neuroscience.2018.02.045.

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Risk of Neurodevelopmental Disease by Paternal Aging: A Possible Infuence of Epigenetic Alteration in Sperm.2018

    • 著者名/発表者名
      Kimura, R., Yoshizaki, K. and Osumi, N.
    • 雑誌名

      Adv. Exp. Med. Biol.

      巻: 1012 ページ: 75-81

    • DOI

      10.1007/978-981-10-5526-3_8. Review.

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Repression of Somatic Genes by Selective Recruitment of HDAC3 by BLIMP1 Is Essential for Mouse Primordial Germ Cell Fate Determination.2018

    • 著者名/発表者名
      Mochizuki, K., Hayashi, Y., Sekinaka, T., Otsuka, K., Ito-Matsuoka, Y., Kobayashi, H., Oki, S., Takehara, A., Kono, T., Osumi, N. and Matsui, Y.
    • 雑誌名

      Cell Reports

      巻: 24 ページ: 2682-2693

    • DOI

      10.1016/j.celrep.2018.07.108.

    • 査読あり
  • [学会発表] Paternal aging induces atypical behaviors in offspring: a model for neurodevelopmental disorders and possible underlying mechanisms2019

    • 著者名/発表者名
      大隅典子
    • 学会等名
      第18回「脳と心のメカニズム」冬のワークショップ
    • 招待講演
  • [学会発表] 脳の誕生2019

    • 著者名/発表者名
      大隅典子
    • 学会等名
      JR東日本グループ会社幹部養成セミナー
    • 招待講演
  • [学会発表] 神経発達障害の謎に迫る:動物モデルからのアプローチ2019

    • 著者名/発表者名
      大隅典子
    • 学会等名
      第11回ルートヴィッヒ・ボルツマンフォーラム2019年
    • 招待講演
  • [学会発表] 生物学総論2018

    • 著者名/発表者名
      大隅典子
    • 学会等名
      REDEEM 平成30年度 第1回 出張講義
    • 招待講演
  • [学会発表] Paternal aging affects gene expression of offspring’s brain possibly via epigenetic mechanism involving a transcriptional repressor REST2018

    • 著者名/発表者名
      Osumi, N.
    • 学会等名
      国際神経発生生物学会第22回大会(ISDN2018)
  • [学会発表] An epigenetic model for neurodevelopmental disorders: paternal aging as an attributable risk2018

    • 著者名/発表者名
      Osumi, N.
    • 学会等名
      45th IMSUT Founding Commemorative Symposium
    • 招待講演
  • [学会発表] Paternal Pax6 haploinsufficiency accelerated vocal communication deficits by advanced paternal aging2018

    • 著者名/発表者名
      Osumi, N.
    • 学会等名
      CINP 2018
  • [学会発表] 父加齢の次世代行動への影響:進化に与える可能性についての考察2018

    • 著者名/発表者名
      大隅典子
    • 学会等名
      日本進化学会第20回大会
    • 招待講演
  • [学会発表] How paternal aging affects neural development of the offspring: an epigenetic model for neurodevelopment disorders2018

    • 著者名/発表者名
      Osumi, N.
    • 学会等名
      第40回日本生物学的精神医学会・第61回日本神経化学会大会 合同年会
  • [学会発表] 「個性」の脳科学へのチャレンジ2018

    • 著者名/発表者名
      大隅典子
    • 学会等名
      電子情報通信学会 ニューロコンピューティング研究会(NC)・ MEとバイオサイバネティックス研究会(MBE) 合同研究会
    • 招待講演
  • [学会発表] 脳の中の細胞たち:多様な振る舞いと創薬への新たな視点2018

    • 著者名/発表者名
      大隅典子
    • 学会等名
      北海道精神医療フォーラム~ロナセン発売10周年記念講演会~主催:大日本住友製薬株式会社
    • 招待講演
  • [学会発表] 脳の発生・発達・維持と脂質栄養2018

    • 著者名/発表者名
      大隅典子
    • 学会等名
      株式会社エヌ・ティ・ティ・データ経営研究所 応用脳科学コンソーシアム会員企業対象のセミナー「応用脳科学アカデミー」
    • 招待講演
  • [学会発表] 脳からみた自閉症:ネズミを使った基礎研究2018

    • 著者名/発表者名
      大隅典子
    • 学会等名
      市民のためのサイエンス講座2018「最新脳科学が解き明かす 脳とは何か?~脳を知って心を知る~」
    • 招待講演
  • [学会発表] 乳幼児の発生特性の多様性2018

    • 著者名/発表者名
      大隅典子
    • 学会等名
      日本学術会議主催学術フォーラム「乳幼児の多様性に迫る:発達保育実践政策学の躍動」
    • 招待講演
  • [図書] 食品機能性脂質の基礎と応用2018

    • 著者名/発表者名
      稲田仁、大隅典子
    • 総ページ数
      212
    • 出版者
      株式会社シーエムシー出版
  • [備考] 多様な「個性」を創発する脳システムの統合的理解(領域略称「個性」創発脳)

    • URL

      http://www.koseisouhatu.jp/index.html

URL: 

公開日: 2019-12-27  

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