生殖細胞形成過程におけるレトロトランスポゾン制御ネットワークの解明

2017 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16H04817
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 一柳 健司 名古屋大学, 生命農学研究科, 教授 (70401560)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: レトロトランスポゾン / 生殖細胞 / DNAメチル化 / piRNA

研究実績の概要

マウス生殖細胞の発生過程ではエピジェネティックな状態がダイナミックに変化する。雄の場合、生死形成過程の第一段階である始原生殖細胞で一旦DNAメチル化がほぼ消失し、前駆精原細胞の時期に再メチル化される。これらの時期を含めて、精製形成過程ではpiRNAと呼ばれる生殖細胞特異的な小分子RNAが発現し、レトロトランスポゾンの再メチル化を促進していると考えられている。本研究ではDNA再メチル化異常を伴うDnmt3l KOマウス、piRNAが合成できないPld6 KOマウス、およびそれらの二重変異体について、前駆精原細胞と精母細胞を精製してmRNA-seqによってレトロトランスポゾンの発現量を解析した。その結果、前駆精原細胞ではpiRNA系によってレトロトランスポゾンRNAを切断することで発現抑制を行っている一方、精母細胞の時期になるとpiRNAによる転写後抑制よりも、DNAメチル化に転写抑制の方が重要な役割を担うようになることを明らかにした。さらに、それらの途中段階である精原細胞でもmRNA-seqを行ったところ、まだpiRNA系がドミナントに働いているレトロトランスポゾンのファミリーと、すでにDNAメチル化による制御系にシフトしているファミリーがあり、レトロトランスポゾンのファミリーごとに異なる制御ダイナミクスをたどることを見出した。

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

ほぼ計画通りの実験を行うことができた。

今後の研究の推進方策

前駆精原細胞、精原細胞、精母細胞について、H3K9me3, H3K9me2, H3K4me3, H3AcのChIP-seqを行い、この時期にレトロトランスポゾン上のヒストン修飾がどのように変遷していくのかをファミリーごとに解析する。KOマウスでも同様の実験を行って、piRNAやDNAメチル化がなくなることで、ヒストン修飾が変化するかどうかを明らかにする。さらに、ESET (H3K9me3化酵素）の生殖細胞特異的ノックアウトマウス、HSP90a（分子シャペロン）ノックアウトマウスの生殖細胞でmRNA-seqおよびChIP-seqを行い、これらの遺伝子のレトロトランスポゾン抑制における役割を明らかにする。

研究成果

• [雑誌論文] Switching of dominant retrotransposon silencing strategies from posttranscriptional to transcriptional mechanisms during male germ-cell development in mice. (2017)
  • 著者名/発表者名: Inoue K., Ichiyanagi K., Fukuda K., Glinka M., and Sasaki H.
  • 雑誌名: PLoS Genetics 巻: 13 ページ: e1006926
  • DOI: 10.1371/journal.pgen.1006926
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Locus-specific hypomethylation of the mouse IAP retrotransposon is associated with transcription factor-binding sites. (2017)
  • 著者名/発表者名: Shimosuga K., Fukuda K., Sasaki H., and Ichiyanagi K.
  • 雑誌名: Mobile DNA 巻: 8 ページ: 20
  • DOI: 10.1186/s13100-017-0105-0
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Evolution of the sperm methylome of primates is associated with retrotransposon insertions and genome instability (2017)
  • 著者名/発表者名: Ichiyanagi K
  • 学会等名: The 2nd Japan-Korea International Symposium for Transposable Elements
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Comprehensive DNA methylation analysis reveals subfamily-specific hypomethylartion of the mouse IAP retrotransposon and its association with transcription factor-binding sites (2017)
  • 著者名/発表者名: Shimosuga K and Ichiyanagi K
  • 学会等名: 第89回日本遺伝学会年会