哺乳類特異的ゲノム機能の解析

2014 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 23221010
• 研究機関: 東京医科歯科大学
• 研究代表者: 石野 史敏 東京医科歯科大学, 難治疾患研究所, 教授 (60159754)
• 研究分担者: 石野 知子(金児知子) 東海大学, 健康科学部, 教授 (20221757)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2016-03-31
• キーワード: 哺乳類ゲノム機能進化 / 獲得遺伝子 / LTRレトロトランスポゾン / 胎生（胎盤） / 脳機能 / ゲノムインプリンティング / リプログラミング / 能動的脱メチル化

研究実績の概要

LTRレトロトランスポゾン由来の獲得遺伝子の機能解析として、Sirh7/Ldoc1遺伝子が胎盤の各種細胞の分化・成熟に必須の機能をもつこと、この遺伝子のノックアウトは胎盤が産生するホルモン調節の異常により、出産遅延・離乳率の低下が起きることから、哺乳類の生殖機能にとって必須の機能を果たしていることを明らかにした。またげっ歯類の胎盤でプロゲステロン(P4)産生が起きることを初めて実証することに成功し、内分泌学分野で40年以上に渡る議論に決着をつけた。Sirh11/Zcchc16のノックアウトでは新規性等に対応する行動の異常が観察され、脳内モノアミンの調節異常をつきとめた。これはLTRレトロトランスポゾン由来の獲得遺伝子が脳機能の進化にも関係していることを示す重要な知見である。Peg11/Rtl1の胎盤における異常はすでに報告したが、胎児側におきる異常についても新たな知見を得た。これによりもっとも重篤なゲノムインプリンティング疾患の１つであるヒト染色体１４番２倍体症候群の病態の主原因がPEG11/RTL1の過剰にあることを実証できた。さらに治療法の開発を現在は検討している。マウス雌性単為発生胚および雄性発生胚から半数体ES細胞の樹立とその安定培養条件を確立した。2011年に樹立の報告はあったものの、すぐに２倍体化してしまうことから実用が難しかったが、細胞周期においてG2からM期への移行を促進する薬剤の添加により、それを可能にした。これにより、スクリーニングへの応用などの哺乳類におけるフォワードジェネティクスを展開する基盤が構築できたため、これからの哺乳類における研究を一層進めることが期待される。

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

当初の計画以上の成果をあげたものととして以下の３つがあげられる。１）Sirh7/Ldoc1の機能解析ではげっ歯類の胎盤がP4を産生することを、P4測定法自体の開発から行って証明した。これによって、内分泌学上、論争が続いていたこの問題に明確な決着をつけたのみならず、他の真獣類種における同様の問題の解決の道筋を作った。これにより哺乳類における胎盤におけるP4産生の普遍性が証明される可能性が高い。２）哺乳類における半数体細胞株の安定培養条件の確立は、これまでリバースジェネティックスに偏っていた哺乳類の遺伝学に、フォワードジェネティクスを導入できる基盤を作ったものである。３）ヒト染色体１４番２倍体症候群の病態をPEG11/RTL1の機能からほぼ説明できる事を明らかにし、疾患治療法の目処をつけたこと。一方で、Sirh4-6の解析についてはノックアウトマウスの作製は完了したが、まだ明確な表現型を同定できていない。Peg10については胎児側でも重要な機能をもつ可能性などが明らかになっているが、肝心の胎盤における生化学的機能の実態について満足の得られる結論を得ていないなど、まだ、未終了の部分がある。

今後の研究の推進方策

SirhシリーズのノックアウトマウスはPeg10、Peg11/Rtl1以外は致死性とは結びついておらず、表現型を見いだすことが容易ではない。そのため、遺伝子の発現部位の集中的な遺伝子発現および構造異常などの解析を行っている。その中で、脳で発現しているSirh11/Zcchc16やSirh3/Ldoc1lなどに行動異常を検出するなど、着実に成果はあがっている。今度も、同様に、根気づよく解析を進めて行くことが必要であると考えている。Peg10に関しては、欠失胎盤形成ができなくなる原因を胎盤発生のもととなるectoplacental coneを構成する細胞で１細胞レベルでの遺伝子解析を行うことで、その実態に迫ることができると考えている。

研究成果

• [雑誌論文] Comprehensive clinical studies in 34 patients with molecularly defined UPD(14)pat and related conditions (Kagami-Ogata syndrome). (2015)
  • 著者名/発表者名: Kagami M, Kurosawa K, Miyazaki O, Ishino F, Matsuoka K, Ogata T.
  • 雑誌名: European Journal of Human Genetics 巻: in press ページ: in press
  • DOI: 10.1038/ejhg.2015.13
  • 査読あり
• [雑誌論文] Active DNA demethylation is required for complete imprint erasure in primordial germ cells. (2014)
  • 著者名/発表者名: Kawasaki, Y., Lee, J., Matsuzawa, A., Kohda, T., Kaneko-Ishino, T. and Ishino F.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 4 ページ: 3658
  • DOI: 10.1038/srep03658
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Understanding the X chromosome inactivation cycle in mice: A comprehensive view provided by nuclear transfer. (2014)
  • 著者名/発表者名: Oikawa, M., Inoue, K., Shiura, H., Matoba, S., Kamimura, S., Hirose, M., Mekada, K., Yoshiki, A., Tanaka, S., Abe, K., Ishino, F. and Ogura, A.
  • 雑誌名: Epigenetics 巻: 9 ページ: 1-8
  • DOI: 10.4161/epi.26939
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Ftx is dispensable for imprinted X-chromosome inactivation in preimplantation mouse embryos. (2014)
  • 著者名/発表者名: Soma, M., Fujihara, Y., Okabe, M., Ishino, F. and Kobayashi, S.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 4 ページ: 5181
  • DOI: 10.1038/srep05181
  • 査読あり
• [雑誌論文] Establishment of paternal genomic imprinting in mouse prospermatogonia analyzed by nuclear transfer. (2014)
  • 著者名/発表者名: Kamimura, S., Hatanaka, Y., Hirasawa, R., Matsumoto, K., Oikawa, M., Lee, J., Matoba, S., Mizutani, E., Ogonuki, N., Inoue, K., Kohda, T., Ishino, F. and Ogura, A.
  • 雑誌名: Biological Reproduction 巻: 91 ページ: 120
  • DOI: 0.1095/biolreprod.114.120451
  • 査読あり
• [雑誌論文] Induction of the G2/M transition stabilizes haploid embryonic stem cells. (2014)
  • 著者名/発表者名: Takahashi S, Lee J, Kohda T, Matsuzawa A, Kawasumi M, Kanai-Azuma M, Kaneko-Ishino T and Ishino F.
  • 雑誌名: Development 巻: 141 ページ: 3842-3847
  • DOI: 10.1242/dev.110726.
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Sirh7/Ldoc1 knockout mice exhibit placental P4 overproduction and delayed parturition. (2014)
  • 著者名/発表者名: Naruse M, Ono R, Irie M, Nakamura K, Furuse T, Hino T, Oda K, Kashimura M, Yamada I, Wakana S, Yokoyama M, Ishino F, Kaneko-Ishino T.
  • 雑誌名: Development 巻: 141 ページ: 4763-4771
  • DOI: 10.1242/dev.114520
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] Mammalian evolution promoted by exaptation of LTR retrotransposons. (2014)
  • 著者名/発表者名: Fumitoshi Ishino, Tomoko Kaneko-Ishino
  • 学会等名: Symposium on Biological Evolution and Diversity, The 37th Annual Meeting of the Molecular Biology Society of Japan
  • 発表場所: パシフィコ横浜、横浜
  • 年月日: 2014-11-25 – 2014-11-27
  • 招待講演
• [学会発表] LTRレトロトランスポゾンに由来する真獣類特異的遺伝子Sirh11の機能解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 入江将仁、幸田尚、小野竜一、古瀬民生、若菜茂晴、吉川正信、石野史敏、金児―石野知子
  • 学会等名: 第37回日本分子生物学会年年会
  • 発表場所: パシフィコ横浜、横浜
  • 年月日: 2014-11-25 – 2014-11-27
• [学会発表] 始原生殖細胞におけるゲノムインプリント記憶の消去には能動的脱メチル化経路が関与する (2014)
  • 著者名/発表者名: 川崎祐希、李知英、松沢歩、幸田尚、金児―石野知子、石野史敏
  • 学会等名: 第37回日本分子生物学会年年会
  • 発表場所: パシフィコ横浜、横浜
  • 年月日: 2014-11-25 – 2014-11-27
• [学会発表] EnIGMA法：DNMT1を用いたヒドロキシメチルシトシンの定量的検出法 (2014)
  • 著者名/発表者名: 黒田友紀子、川崎祐希、幸田尚、石野史敏
  • 学会等名: 第37回日本分子生物学会年年会
  • 発表場所: パシフィコ横浜、横浜
  • 年月日: 2014-11-25 – 2014-11-27
• [学会発表] Xicに位置し、着床前に不化成かされる父親由来のX染色体から発現するインプリント遺伝子Ftxのノックアウトマウスの作製 (2014)
  • 著者名/発表者名: 相馬未来、藤原祥高、岡部勝、石野史敏、小林慎
  • 学会等名: 第37回日本分子生物学会年年会
  • 発表場所: パシフィコ横浜、横浜
  • 年月日: 2014-11-25 – 2014-11-27
• [学会発表] Zygotic gene activationと顕微授精によって誘導される遺伝子発現変化 (2014)
  • 著者名/発表者名: 幸田尚、高木清考、及川真実、越後貫成美、井上貴美子、金児―石野知子、小倉淳郎、石野史敏
  • 学会等名: 第37回日本分子生物学会年年会
  • 発表場所: パシフィコ横浜、横浜
  • 年月日: 2014-11-25 – 2014-11-27
• [学会発表] 真獣類特異的遺伝子Peg11の胎盤と胎仔における影響 (2014)
  • 著者名/発表者名: 北澤萌恵、小野竜一、田村勝、金児―石野知子、石野史敏
  • 学会等名: 第37回日本分子生物学会年年会
  • 発表場所: パシフィコ横浜、横浜
  • 年月日: 2014-11-25 – 2014-11-27
• [学会発表] 真獣類特異的遺伝子Peg10の機能ドメイン解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 小野竜一、北澤萌恵、伊川正人、金児―石野知子、石野史敏
  • 学会等名: 第37回日本分子生物学会年年会
  • 発表場所: パシフィコ横浜、横浜
  • 年月日: 2014-11-25 – 2014-11-27
• [学会発表] Sirh7 KOマウスにみられる胎盤プロゲステロン産生の増加と出産遅延 (2014)
  • 著者名/発表者名: 石野史敏、成瀬美衣、小野竜一、入江将仁、中村健司、横山峯介、若菜茂晴、金児―石野知子
  • 学会等名: 第37回日本分子生物学会年年会
  • 発表場所: パシフィコ横浜、横浜
  • 年月日: 2014-11-25 – 2014-11-27
• [学会発表] 培養条件によるES細胞のインプリンティング領域DNAメチル化の変化 (2014)
  • 著者名/発表者名: 松沢歩、李知英、高橋沙央里、石野史敏
  • 学会等名: 第37回日本分子生物学会年年会
  • 発表場所: パシフィコ横浜、横浜
  • 年月日: 2014-11-25 – 2014-11-27
• [学会発表] 哺乳類はどのようにして誕生したのか？-ゲノム科学から見えてくる新しい進化機構- (2014)
  • 著者名/発表者名: 石野史敏
  • 学会等名: 学際生命科学コンソーシアム合同市民講演会
  • 発表場所: 学習院大学、東京
  • 年月日: 2014-10-11
• [学会発表] 哺乳類はどのようにして生まれたか ー胎盤の発生とゲノムインプリンティングー (2014)
  • 著者名/発表者名: 石野史敏
  • 学会等名: 第34回千駄木内分泌懇話会
  • 発表場所: 日本医科大学橘桜会館、東京
  • 年月日: 2014-07-03
  • 招待講演
• [学会発表] マウス始原生殖細胞のインプリント消去における能動的DMR脱メチル化 (2014)
  • 著者名/発表者名: 李知英、川崎佑季、松沢歩、幸田尚、金児－石野知子、石野史敏
  • 学会等名: 第８回日本エピジェネティクス研究年会
  • 発表場所: 伊藤国際学術センター、東大、東京
  • 年月日: 2014-05-25 – 2014-05-27
• [学会発表] 哺乳類特異的遺伝子 Peg10 の機能解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 小野竜一、伊川正人、北澤萌恵、金児-石野知子、 石野史敏
  • 学会等名: 第８回日本エピジェネティクス研究年会
  • 発表場所: 伊藤国際学術センター、東大、東京
  • 年月日: 2014-05-25 – 2014-05-27
• [学会発表] X 染色体不活性化中心領域に発見した雌でのみ発現するインプリント遺伝子群の解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 小林慎、十時泰、 相馬未來、 松本和也、藤原祥高、豊田敦、榊佳之、岡部勝、石野史敏
  • 学会等名: 第８回日本エピジェネティクス研究年会
  • 発表場所: 伊藤国際学術センター、東大、東京
  • 年月日: 2014-05-25 – 2014-05-27
• [学会発表] マウス由来雌性１倍体ES細胞から1 倍体 EpiSC への誘導と特性解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 高橋沙央里、李知英、小林慎、幸田尚、及川真実、井上貴美子、小倉淳郎、金児-石野知子、石野史敏
  • 学会等名: 第８回日本エピジェネティクス研究年会
  • 発表場所: 伊藤国際学術センター、東大、東京
  • 年月日: 2014-05-25 – 2014-05-27
• [学会発表] 培養条件によるインプリンティング領域DNAメチル化の変化 (2014)
  • 著者名/発表者名: 松沢歩、李知英、高橋沙央里、石野史敏
  • 学会等名: 第８回日本エピジェネティクス研究年会
  • 発表場所: 伊藤国際学術センター、東大、東京
  • 年月日: 2014-05-25 – 2014-05-27
• [学会発表] DNMT1を用いた新しいヒドロキシメチルシトシンの同定法―EniGMA法の開発 (2014)
  • 著者名/発表者名: 幸田尚、川崎佑季、石野史敏
  • 学会等名: 第８回日本エピジェネティクス研究年会
  • 発表場所: 伊藤国際学術センター、東大、東京
  • 年月日: 2014-05-25 – 2014-05-27
• [学会発表] 胎盤形成におけるレトロトランスポゾン由来の遺伝子群の役割 (2014)
  • 著者名/発表者名: 石野史敏、金児-石野知子
  • 学会等名: 日本実験動物科学技術さっぽろ2014 シンポジウム「トランスポゾン：その存在意義と制御破綻による疾病」
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター、札幌
  • 年月日: 2014-05-15 – 2014-05-17
  • 招待講演
• [学会発表] Active DNA demethylation for complete imprint erasure in primordial germ cells． (2014)
  • 著者名/発表者名: Jiyoung Lee, Yuki Kawasaki, Ayumu Matsuzawa, Takashi Kohda, Tomoko Kaneko-Ishino and Fumitoshi Ishino.
  • 学会等名: Keystone Symposia –Epigenetic Programming and Inheritance
  • 発表場所: Boston, Massachusetts, USA
  • 年月日: 2014-04-06 – 2014-04-10
• [備考] 石野研ホームページ
  • URL: http://www.tmd.ac.jp/mri/epgn/index.html