受精を介した経世代エピゲノム変化の解明と制御

2016 年度 実績報告書

• 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: 25112007
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 伊川 正人 大阪大学, 微生物病研究所, 教授 (20304066)
• 研究期間 (年度): 2013-06-28 – 2018-03-31
• キーワード: ゲノム編集 / 実験動物 / 不妊 / ノックイン / 胎盤

研究実績の概要

『目的』エピゲノム編集システムの開発とそれを応用した受精とエピゲノム変化の解析を2つの大きな柱にして研究を進める。サブテーマを設けて目標を明確にし、連携研究者4人を配置することで、リスクの軽減と問題の早期発見・解決を可能にする。
『実施概要』本研究では以下の２つを大きな柱にして研究を進めている。H28年度は、CRISPR/Cas9システムとES細胞を用いて複雑なゲノム編集技術の開発を継続するとともに、精巣・卵巣・胎盤に特異的に発現する遺伝子のノックアウトマウスを作製して、表現型の解析を進めた。
1)CRISPR/Cas9技術を用いたゲノム編集技術の開発：受精卵にエレクトロポレーション（電気穿孔法）により、crRNA/tracrRNA/CAS9タンパク質の複合体導入し、効率よくゲノム編集できる系を確立した。また両アレルでゲノム編集を行ったES細胞を用いることで、交配によりホモ欠損マウスを作製する時間を短縮してキメラマウスで表現型解析ができることをSci Rep誌に報告した。
2)受精とエピゲノム変化：これまでに作製した、精子形成不全や精子機能不全、受精障害などの不妊マウスについて、表現型解析やメカニズム解析を進めた。H28年度は、これまでの成果のうち、精巣特異的に発現するにも関わらず遺伝子破壊マウスの妊孕性に影響しない遺伝子が多数あることをまとめ、PNAS誌に報告した。さらに精子との融合に必須である卵子JUNOの遺伝子破壊マウスを樹立し、KO卵子に各種変異型JUNOをコードするmRNAを注入して精子融合能を解析する系を確立した。さらに融合に必須なアミノ酸部位の同定や、人型JUNO発現マウス卵がマウス精子と融合できることなどをNat Commun誌に報告した。種特異性などの研究につながることが期待できる。
なお、上記研究で樹立した遺伝子改変マウスは公的バイオリソースセンターに寄託し、広く研究者が使える体制を整えた。

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

精子形成、受精、卵子活性化に異常をきたすノックアウトマウスを多数、作製できており、PNAS誌、Nat Commun誌などに論文発表するなど、予定どおりの成果を挙げており、おおむね順調と判断した。国際共同研究も順調であり、次年度にさらなる成果が期待できる。

今後の研究の推進方策

受精卵へのエレクトロポレーションという簡便法と、両アレル変異ES細胞を用いたキメラ動物での解析など、用途を使い分けることで効率良く、遺伝子改変マウスの作製と機能解析に努める。なお国際共同研究を活性化することで、避妊薬開発など、社会還元を見据えた研究を実施する。

研究成果

• [国際共同研究] Baylor College of Medicine(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: Baylor College of Medicine
• [国際共同研究] University of New Castle(オーストラリア)
  • 国名: オーストラリア
  • 外国機関名: University of New Castle
• [国際共同研究] ソウル大学(韓国)
  • 国名: 韓国
  • 外国機関名: ソウル大学
• [雑誌論文] Viable offspring after imaging of Ca2+ oscillations and visualization of the cortical reaction in mouse eggs. (2017)
  • 著者名/発表者名: Satouh Y, Nozawa K, Yamagata K, Fujimoto T, Ikawa M.
  • 雑誌名: Biol Reprod 巻: 96 ページ: 563-575
  • DOI: 10.1093/biolre/iox002
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Proton Pump Inhibitors Decrease Soluble fms-Like Tyrosine Kinase-1 and Soluble Endoglin Secretion, Decrease Hypertension, and Rescue Endothelial Dysfunction. (2017)
  • 著者名/発表者名: Onda K, Tong S, Beard S, Binder N, Muto M, Senadheera SN, Parry L, Dilworth M, Renshall L, Brownfoot F, Hastie R, Tuohey L, Palmer K, Hirano T, Ikawa M, Kaitu'u-Lino T, Hannan NJ.
  • 雑誌名: Hypertension 巻: 69 ページ: 457-468
  • DOI: 10.1161/HYPERTENSIONAHA.116.08408
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Testis-Specific Histone Variant H3t Gene Is Essential for Entry into Spermatogenesis. (2017)
  • 著者名/発表者名: Ueda J, Harada A, Urahama T, Machida S, Maehara K, Hada M, Makino Y, Nogami J, Horikoshi N, Osakabe A, Taguchi H, Tanaka H, Tachiwana H, Yao T, Yamada M, Iwamoto T, Isotani A, Ikawa M, Tachibana T, Okada Y, Kimura H, Ohkawa Y, Kurumizaka H, Yamagata K.
  • 雑誌名: Cell Rep. 巻: 18 ページ: 593-600
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2016.12.065
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] GPI-AP release in cellular, developmental, and reproductive biology. (2016)
  • 著者名/発表者名: Fujihara Y, Ikawa M.
  • 雑誌名: J Lipid Res. 巻: 57 ページ: 538-545
  • DOI: 10.1194/jlr.R063032
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] CABYR is essential for fibrous sheath integrity and progressive motility in mouse spermatozoa. (2016)
  • 著者名/発表者名: Young SA, Miyata H, Satouh Y, Aitken RJ, Baker MA, Ikawa M.
  • 雑誌名: J Cell Sci. 巻: 129 ページ: 4379-4387
  • DOI: 10.1242/jcs.193151
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] CRISPR/Cas9-mediated mutation revealed cytoplasmic tail is dispensable for IZUMO1 function and male fertility. (2016)
  • 著者名/発表者名: Young SA, Miyata H, Satouh Y, Muto M, Larsen MR, Aitken RJ, Baker M, Ikawa M.
  • 雑誌名: Reproduction. 巻: 152 ページ: 665-672
  • DOI: 10.1530/REP-16-0150
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] CRISPR/Cas9 mediated genome editing in ES cells and its application for chimeric analysis in mice. (2016)
  • 著者名/発表者名: Oji A, Noda T, Fujihara Y, Miyata H, Kim YJ, Muto M, Nozawa K, Matsumura T, Isotani A, Ikawa M.
  • 雑誌名: Sci Rep. 巻: 6 ページ: 34666
  • DOI: 10.1038/srep31666
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Structural and functional insights into IZUMO1 recognition by JUNO in mammalian fertilization. (2016)
  • 著者名/発表者名: Kato K, Satouh Y, Nishimasu H, Kurabayashi A, Morita J, Fujihara Y, Oji A, Ishitani R, Ikawa M, Nureki O.
  • 雑誌名: Nat Commun. 巻: 7 ページ: 12198
  • DOI: 10.1038/ncomms12059
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Genome engineering uncovers 54 evolutionarily conserved and testis-enriched genes that are not required for male fertility in mice. (2016)
  • 著者名/発表者名: Miyata H, Castaneda JM, Fujihara Y, Yu Z, Archambeault DR, Isotani A, Kiyozumi D, Kriseman ML, Mashiko D, Matsumura T, Matzuk RM, Mori M, Noda T, Oji A, Okabe M, Prunskaite-Hyyrylainen R, Ramirez-Solis R, Satouh Y, Zhang Q, Ikawa M, Matzuk MM.
  • 雑誌名: Proc Natl Acad Sci U S A. 巻: 113 ページ: 7704-7710
  • DOI: 10.1073/pnas.1608458113
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] The Mg2+ transporter CNNM4 regulates sperm Ca2+ homeostasis and it is essential for reproduction. (2016)
  • 著者名/発表者名: Yamazaki D, Miyata H, Funato Y, Fujihara Y, Ikawa M, Miki H.
  • 雑誌名: J Cell Sci. 巻: 129 ページ: 1940-1949
  • DOI: 10.1242/jcs.182220
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Generation of Hprt-disrupted rat through mouse←rat ES chimeras. (2016)
  • 著者名/発表者名: Isotani A, Yamagata K, Okabe M, Ikawa M.
  • 雑誌名: Sci Rep. 巻: 6 ページ: 24215
  • DOI: 10.1038/srep24215
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Behavior of Mouse Spermatozoa in the Female Reproductive Tract from Soon after Mating to the Beginning of Fertilization. (2016)
  • 著者名/発表者名: Muro Y, Hasuwa H, Isotani A, Miyata H, Yamagata K, Ikawa M, Yanagimachi R, Okabe M.
  • 雑誌名: Biol Reprod. 巻: 94 ページ: 80
  • DOI: 10.1095/biolreprod.115.135368
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Lentiviral vector-mediated placenta-specific gene manipulation in mice. (2017)
  • 著者名/発表者名: 伊川正人
  • 学会等名: 64th SRI meeting
  • 発表場所: Hilton Orlando Bonnet Creek(Orlando, USA)
  • 年月日: 2017-03-15
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ゲノム編集を用いた受精関連遺伝子の網羅的機能解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 伊川正人
  • 学会等名: 新学術領域研究「生殖細胞のエピゲノムダイナミクスとその制御」第４回公開シンポジウム
  • 発表場所: 三島市民文化会館(静岡県三島市)
  • 年月日: 2016-11-17
  • 招待講演
• [学会発表] CRISPR/Cas9 mediated genome editing and its application for the study of reproduction (2016)
  • 著者名/発表者名: 伊川正人
  • 学会等名: 2016 Seoul Symposium on Epigenetics and Chromatin
  • 発表場所: ソウル大学(Seoul, Korea)
  • 年月日: 2016-11-09
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] CRISPR/Cas9 mediated genome editing and its application for the study of reproduction. (2016)
  • 著者名/発表者名: 伊川正人
  • 学会等名: The 4th SKLRB Symposium on Reproductive Biology
  • 発表場所: UCASinternational Conference Center(Beijing, China)
  • 年月日: 2016-10-27
  • 国際学会 / 招待講演
• [図書] マウスでのゲノム編集 実験医学増刊 Vol.34 No.20 All Aboutゲノム編集 (2016)
  • 著者名/発表者名: 野田大地，大字亜沙美，伊川正人
  • 総ページ数: 8
  • 出版者: 羊土社
• [図書] ゲノム編集技術を使った遺伝子改変マウスの作製 実験医学別冊 マウス表現型解析スタンダード (2016)
  • 著者名/発表者名: 野田大地，大字亜沙美，伊川正人
  • 総ページ数: 9
  • 出版者: 羊土社
• [備考] 大阪大学教員基本
  • URL: http://www.dma.jim.osaka-u.ac.jp/view?l=ja&u=867