染色体イメージングによる卵子インテグリティの予見

2018 年度 実績報告書

• 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: 18H05549
• 研究機関: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: 北島 智也 国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, チームリーダー (00376641)
• 研究期間 (年度): 2018-06-29 – 2023-03-31
• キーワード: 卵母細胞 / 紡錘体 / 染色体分配 / ライブイメージング

研究実績の概要

本研究においては、卵子のインテグリティを予見する技術の開発を目指し、染色体イメージングを中心的に用いた細胞生物学的研究を行った。卵子のインテグリティにとって最も重要な要素の一つが染色体数の正常性であることから、卵子の染色体数を決定するプロセスである減数分裂の染色体分配に着目して研究を行った。
まず、in vitro gamatogenesis によって作られた卵子（in vitro卵子）の染色体動態をライブイメージングし、染色体分配エラーの原因となる過程を同定した。常法により作成されたin vitro卵子のライブイメージングはRNAマイクロインジェクションによる蛍光ラベリングを当初想定したが、マイクロインジェクションはin vitro卵子にダメージが大きかったため、マイクロインジェクションフリーの蛍光ラベリング技術の開発を行った。培地添加により蛍光ラベルが可能であるsiR-DNAとsiR700-Tubulinを用いた染色体および紡錘体イメージングの条件検討を行い、コントロール卵子において染色体分配に影響しないライブイメージング条件を確立した。
並行して、卵子の染色体分配のインテグリティに関わる因子の網羅的探索を行うため、染色体分配装置である紡錘体のタンパク質の定量的同定技術の開発を行った。紡錘体を顕微操作により卵子からちぎり取る手法を確立し、これをLC-MS/MS解析に供することでタンパク質の同定を行った。実際にちぎり取りにより紡錘体タンパク質が濃縮されることが確認された。
また、上記のバックアップ実験として、紡錘体形成に関わる因子として同定した微小管制御因子Prc1の局在解析を行い、Prc1が卵母細胞特異的に動原体に局在する因子であることを明らかにした。

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

in vitro卵子のイメージングについてマイクロインジェクションフリーの蛍光ラベリング技術が必要となり、その条件検討に想定より長い時間を要したが、結果としてより良いライブイメージング条件を得ることができた。また、紡錘体ちぎり取りによるLC-MS/MS解析の有効性を確認することができた。

今後の研究の推進方策

in vitro卵子のライブイメージングをマイクロインジェクションフリーの蛍光ラベリング手法を用いて行うとともに、新手法で作製されるin vitro卵子のイメージングにも着手する。また、老化卵子から紡錘体ちぎり取りによるタンパク質を同定し、老化依存的に量変化するタンパク質を見出す。さらに、動原体に局在するPrc1の機能解析を進める。

研究成果

• [雑誌論文] Suppression of autophagic activity by Rubicon is a signature of aging (2019)
  • 著者名/発表者名: Shuhei Nakamura, Masaki Oba, Mari Suzuki, Atsushi Takahashi, Tadashi Yamamuro, Mari Fujiwara, Kensuke Ikenaka, Satoshi Minami, Namine Tabata, Kenichi Yamamoto, Sayaka Kubo, Ayaka Tokumura, Kanako Akamatsu, Yumi Miyazaki, Tsuyoshi Kawabata, Maho Hamasaki, Koji Fukui, Tomoya S. Kitajima, Tamotsu Yoshimori, et al.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 10 ページ: -
  • DOI: 10.1038/s41467-019-08729-6
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] he Post-anaphase SUMO Pathway Ensures the Maintenance of Centromeric Cohesion Through Meiosis I-II Transition in Mammalian Oocytes (2018)
  • 著者名/発表者名: Yi Ding, Masako Kaido, Elena Llano, Alberto M. Pendas and Tomoya S. Kitajima
  • 雑誌名: Current Biology 巻: 28 ページ: 1661-1669
  • DOI: 10.1016/j.cub.2018.04.019
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Single Nucleolus Precursor Body Formation in the Pronucleus of Mouse Zygotes and SCNT Embryos (2018)
  • 著者名/発表者名: Hirohisa Kyogoku, Teruhiko Wakayama, Tomoya S. Kitajima and Takashi Miyano
  • 雑誌名: PLoS One 巻: 13 ページ: -
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0202663
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 哺乳類卵母細胞における染色体分配―細胞の特異性に対する染色体分配の恒常性と破綻を理解する (2018)
  • 著者名/発表者名: 北島智也
  • 雑誌名: 実験医学 巻: 36 ページ: 157-162
• [学会発表] 卵子の染色体数異常の細胞生物学的な原因 (2019)
  • 著者名/発表者名: 北島智也
  • 学会等名: 第15回東海ARTカンファレンス
  • 招待講演
• [学会発表] Roles of kinetochores in mammalian oocytes (2018)
  • 著者名/発表者名: Tomoya S. Kitajima
  • 学会等名: 117th International Titisee Conference From oocyte to embryo - illuminating the origins of life
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Causes of aneuploidy in eggs. (2018)
  • 著者名/発表者名: Tomoya S. Kitajima
  • 学会等名: Shanghai Jiao Tong University The School of Life Sciences and Biotechnology (SLSB) Seminar
  • 招待講演
• [学会発表] A unique role of kinetochores in mammalian oocytes (2018)
  • 著者名/発表者名: Shuhei Yoshida and Tomoya S. Kitajima
  • 学会等名: Meiosis Gordon Research Conference 2018
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 卵、胚の細胞サイズと染色体安定性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 北島智也
  • 学会等名: 文部科学省・科学研究費補助金・新学術領域研究成果取りまとめ公開シンポジウム「生殖細胞のエピゲノムダイナミクスとその制御」
  • 招待講演
• [学会発表] マルチカラー動画解析から迫る卵子の染色体分配のしくみ (2018)
  • 著者名/発表者名: 北島智也
  • 学会等名: 第36回日本染色体遺伝子検査学会総会・学術集会
  • 招待講演
• [図書] Methods in Cell Biology, Vol.144 Mitosis & Meiosis, Part A (2018)
  • 著者名/発表者名: Hirohisa Kyogoku, Shuhei Yoshida and Tomoya S.Kitajima
  • 総ページ数: 474
  • 出版者: Elsevier Inc
  • ISBN: 978-0-12-814144-1
• [図書] Mouse Oocyte Development (2018)
  • 著者名/発表者名: Aurelien Courtois, Petr Solc and Tomoya S Kitajima
  • 総ページ数: 174
  • 出版者: Humana Press
  • ISBN: 978-1-4939-8602-6
• [備考] 理化学研究所 染色体分配研究チーム HP
  • URL: http://chromosegr.riken.jp/index.html
• [備考] 理化学研究所生命機能科学研究センターHP 染色体分配研究チーム紹介ページ
  • URL: https://www.bdr.riken.jp/jp/research/labs/kitajima-t/index.html
• [備考] 理化学研究所HP 染色体分配研究チーム紹介ページ
  • URL: https://www.riken.jp/research/labs/bdr/chromo_segr/index.html