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2022 年度 実施状況報告書

全能性幹細胞におけるレトロトランスポゾンMERVLの核内RNA機能解析

研究課題

研究課題/領域番号 22K06091
研究機関慶應義塾大学

研究代表者

石津 大嗣  慶應義塾大学, 医学部(信濃町), 講師 (40574588)

研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2025-03-31
キーワードMERVL / レトロトランスポゾン / 全能性 / MACS
研究実績の概要

本研究の目的は、マウスES細胞の培養中にごく稀に出現する2細胞期胚と遺伝子発現パターンが類似した2細胞期様細胞(2CLC)のエピジェネティックな特徴を解析し、多能性細胞と全能性細胞のリプログラミング機構の詳細を明らかにすることである。マウス2細胞期胚では、胚性遺伝子活性化(ZGA)に伴い一過的にMERVLと呼ばれるレトロトランスポゾンが活性化される。申請者らは、これまでにアンチセンスオリゴ(ASO)を用いた機能阻害実験により、MERVLが全能性から多能性への遺伝子発現プログラムの移行に関与し、マウス初期胚発生の進行に必須の役割を担うことを明らかにした。2CLCでもMERVLが発現することから、2CLCを全能性細胞のin vivoモデルとしてMERVLの機能解析を進めている。
本研究では、多能性細胞と全能性細胞の間のエピジェネティックな転換機構を明らかにするために、ES細胞集団から、ES細胞、2CLC、ES細胞から2CLCへの移行段階にある中間細胞の3つの集団を分取するMagnetic-activated cell sorting(MACS)システムを確立した。分取したそれぞれの細胞をマウス8細胞期胚にインジェクションし、胚盤胞でのキメラ形成能を調べた結果、中間細胞と2CLCが内部細胞塊と栄養外胚葉に寄与する全能性を有することが示された。中間細胞には、MERVLを高発現した細胞が含まれていないことから、全能性の獲得はMERVLの活性化以前に起こることが示唆された。MERVLは、2CLCで発現することで、全能性から多能性への遺伝子発現プログラムの転換を促進していると考えられる。従来、全能性とされてきた2CLCは、多能性への移行過程の細胞であり、全能性の獲得はMERVLが活性化される以前の段階で完了している可能性がある。

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

MERVL ASOを用いた機能阻害実験から、ZGAに伴うMERVLの一過的発現が発生プログラムの進行に必須であることを明らかにした。これまで全能性細胞マーカーと見なされてきたMERVLが、多能性プログラムへの移行に関与しているという発見は、従来の見方を変更し、新たな視点からの解析を促す重要な知見である。この発見により、MERVLを高発現する2CLCは、全能性から多能性への移行過程の細胞であり、全能性の獲得はより早い段階で完了しているという仮説を着想するに至った。そこで、ES細胞から2CLCへの転換機構をより詳細に明らかにするために、MACSシステムによる分取方法を確立した。MACSにより短時間に大量の細胞を分取することが可能となったことで、ES細胞培養中に少数しか出現しない2CLCを濃縮し、ChIRP-seqに必要な細胞数を確保することが可能となる。また、遷移過程の各段階の細胞を分取し、トランスクリプトーム解析を行い、MERVLが活性化される以前に発現上昇する2細胞期特異的遺伝子を同定した。これらの中から、ES細胞で活性化することで2CLCへの移行を促進する核内受容体および転写因子を複数同定した。

今後の研究の推進方策

今後、RNA-seq解析で明らかとなった多能性から全能性へのリプログラミングに関与する核内受容体に関する機能解析を進める。候補となる核内受容体のアゴニストを用いて、ES細胞を効率的に2CLCに転換するための培養条件を検討し、安定的に全能性を維持できる培養法の確立を目指す。また、MACSで濃縮した2CLCを用いたChIRP-seq法により、MERVL RNAが局在化するゲノム領域を同定し、MERVL RNAが多能性プログラムに関連する遺伝子の制御に関与するかどうかを調べる。

  • 研究成果

    (5件)

すべて 2023 2022 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (1件) (うち招待講演 1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Transcription of MERVL retrotransposons is required for preimplantation embryo development2023

    • 著者名/発表者名
      Sakashita Akihiko、Kitano Tomohiro、Ishizu Hirotsugu、Guo Youjia、Masuda Harumi、Ariura Masaru、Murano Kensaku、Siomi Haruhiko
    • 雑誌名

      Nature Genetics

      巻: 55 ページ: 484~495

    • DOI

      10.1038/s41588-023-01324-y

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] T-hairpin structure found in the RNA element involved in piRNA biogenesis2022

    • 著者名/発表者名
      Takase Naomi、Otsu Maina、Hirakata Shigeki、Ishizu Hirotsugu、Siomi Mikiko C.、Kawai Gota
    • 雑誌名

      RNA

      巻: 28 ページ: 541~550

    • DOI

      10.1261/rna.078967.121

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Pro108Ser mutation of SARS-CoV-2 3CLpro reduces the enzyme activity and ameliorates the clinical severity of COVID-192022

    • 著者名/発表者名
      Abe Kodai、Kabe Yasuaki、Uchiyama Susumu、Iwasaki Yuka W.、Ishizu Hirotsugu、Uwamino Yoshifumi、Takenouchi Toshiki、Uno Shunsuke、Ishii Makoto、Maruno Takahiro、Noda Masanori、Murata Mitsuru、Hasegawa Naoki、Saya Hideyuki、Kitagawa Yuko、Fukunaga Koichi、Amagai Masayuki、Siomi Haruhiko、Suematsu Makoto、Kosaki Kenjiro
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 12 ページ: -

    • DOI

      10.1038/s41598-022-05424-3

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Transient MERVL expression regulates the totipotent 2C-like state in murine embryonic stem cells2022

    • 著者名/発表者名
      Hirotsugu Ishizu
    • 学会等名
      第45回日本分子生物学会年会
    • 招待講演
  • [備考] Siomi Lab Keio University

    • URL

      http://siomilab.med.keio.ac.jp/

URL: 

公開日: 2023-12-25  

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