精子形成過程に必須の役割を果たすヒストンバリアントH3tの機能解析

2016 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 16K07099
• Research Institution: Chubu University
• Principal Investigator: 上田 潤 中部大学, 実験動物教育研究センター, 助教 (80450394)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 精子形成 / ヒストンバリアント / エピジェネティクス / クロマチン

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、マウスの精巣特異的ヒストンH3バリアントであるH3tに着目し、クロマチン構造が大規模に変動する精子形成過程においてH3tがどのような役割を担っているのかを明らかにすることを目的としている。これまでの解析から、マウスの精巣に特異的に発現するヒストンH3バリアントであるH3t遺伝子が精子形成過程に必須であり、精原細胞が分化する過程でcanonicalなH3と置き換わっていることを明らかとした。H3t欠損マウスの雄性不妊の原因を詳しく調べて行くと、分化型精原細胞の数が減少し、生殖細胞が減数分裂に入った途端に停止していること、さらに減数分裂の進行に必須の遺伝子の発現が著しく低下していることが明らかとなった。そして、H3tタンパク質は未分化型精原細胞には発現しておらず、分化型精原細胞から発現し始めること、H3tは精子幹細胞の維持には必要ないが、細胞が分化し、減数分裂に移行するために必要であることを明らかにした。また、早稲田大学の胡桃坂仁志教授のグループの解析によって、H3tを組み込んだヌクレオソームはcanonicalなH3であるH3.1を組み込んだヌクレオソームに比べて開いた構造を取っていることが結晶構造並びに生化学的解析によって明らかとなった。さらに、この構造の違いがヌクレオソームのentry/exit部位に位置するH3tの42番目のヒスチジン残基（canonicalなH3では42番目がアルギニン残基）に由来することも点変異の実験によって突き止めた。これらの結果は論文として発表した（Ueda, J., et al., Cell Reports, 2017）。現在はこの仕事の続きとして、九州大学の大川恭行教授のグループとの共同研究によって、「精子幹細胞の分化誘導実験系を用いたヒストンH3バリアントのChIP-seq解析」を行っている。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

H3tの機能解明までは到達していないが、途中経過として論文発表を行うことができた。また、機能解明に繋がりそうな共同研究が始まっていることから、このような自己評価とした。

Strategy for Future Research Activity

平成29年度は、九州大学の大川恭行教授のグループとの共同研究によって、「精子幹細胞の分化誘導実験系を用いたヒストンH3バリアントのChIP-seq解析」を継続して行う。
H3tの論文発表後、海外から共同研究の依頼があり、共同研究をスタートした。今後はCanonicalなH3がH3tに置き換わるメカニズムの解明などと合わせて、H3t特異的なヒストン・コードが存在するか否かを明らかにしていくことで、H3tが精子形成過程においてどのような役割を果たしているかを明らかにしていきたいと考えている。このことを実現するために、精巣組織からH3tをプルダウンした後にプロテオーム解析を行うことを計画している。精巣組織からのH3t複合体の精製及びプロテオーム解析については、基礎生物学研究所の中山潤一教授のグループと共同で進めることを予定している。最終的に、H3tがどのように精子形成過程に寄与しているのか、その分子メカニズムを明らかにしたいと考えている。

Research Products

• [Int'l Joint Research] シンガポールがん科学研究所/シンガポール国立大学(シンガポール)
  • Country Name: SINGAPORE
  • Counterpart Institution: シンガポールがん科学研究所/シンガポール国立大学
• [Journal Article] Testis-Specific Histone Variant H3t Gene Is Essential for Entry into Spermatogenesis. (2017)
  • Author(s): 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.
  • Journal Title: Cell Reports Volume: 18 Pages: 593-600
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2016.12.065.
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Usp7-dependent histone H3 deubiquitylation regulates maintenance of DNA methylation. (2017)
  • Author(s): Yamaguchi L, Nishiyama A, Misaki T, Johmura Y, Ueda J, Arita K, Nagao K, Obuse C, Nakanishi M.
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 7 Pages: 55
  • DOI: 10.1038/s41598-017-00136-5.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] A Genetically Encoded Probe for Live-Cell Imaging of H4K20 Monomethylation. (2016)
  • Author(s): Sato Y, Kujirai T, Arai R, Asakawa H, Ohtsuki C, Horikoshi N, Yamagata K, Ueda J, Nagase T, Haraguchi T, Hiraoka Y, Kimura A, Kurumizaka H, Kimura H.
  • Journal Title: Journal of Molecular Biology Volume: 428 Pages: 3885-3902
  • DOI: 10.1016/j.jmb.2016.08.010.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] CNN特徴量を利用した明視野画像からの細胞核抽出 (2017)
  • Author(s): 塚田裕也，岩堀祐之，舟橋健司，上田潤，岩本隆司
  • Organizer: 第42回東海ファジィ研究会in日間賀島（ヒマ研2017）
  • Place of Presentation: 日間賀島公民館，愛知県，南知多町
  • Year and Date: 2017-02-19 – 2017-02-20
• [Presentation] メチローマウス由来単一ES細胞におけるメチル化DNA動態の動的観察法の開発 (2016)
  • Author(s): 穂井田謙介，上田潤，財田大地，山田健，野老美紀子，細井美彦，山縣 一夫
  • Organizer: 第39回日本分生生物学会年
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜，神奈川，横浜市
  • Year and Date: 2016-11-30 – 2016-12-02
• [Presentation] クロマチンリモデリング因子Chd2はマウスES細胞の分化能維持に必須である (2016)
  • Author(s): 仙波雄一郎，原田哲仁，前原一満，小田原淳，工藤健介，岩崎健史，沖真弥，目野主税，上田潤，山縣一夫，大川恭行
  • Organizer: 第39回日本分生生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜，神奈川，横浜市
  • Year and Date: 2016-11-30 – 2016-12-02
• [Presentation] Hypoxia Mediated Epigenetics and Their Function in the Cell Survival Response of Cancer Cells. (2016)
  • Author(s): Lee, K.L., Ho, J.C., Ueda, J., Kitajima, S., Sun, W., Jia, Y., Chia, G.S., Zaiden, N., Yit, L.Y., Leong, Y.S., Tham, C.F.Y., Han, J., Pang, Q.Y., Fukuhara, N., Oba, H., Yang, H., Kato, H., and Poellinger, L.
  • Organizer: 第14回がんとハイポキシア研究会
  • Place of Presentation: 岐阜グランドホテル，岐阜県，岐阜市
  • Year and Date: 2016-11-04 – 2016-11-05
• [Presentation] Hypoxia Mediates Tumourigenesis via the H3K9 Epigenetic Regulators G9A and JMJD1A. (2016)
  • Author(s): Ho, J.C., Ueda, J., Lee, K.L., and Poellinger, L.
  • Organizer: 第14回がんとハイポキシア研究会
  • Place of Presentation: 岐阜グランドホテル，岐阜県，岐阜市
  • Year and Date: 2016-11-04 – 2016-11-05
• [Presentation] Direct acquisition of genome-wide epigenetic information along intact chromatin fibers of individual chromosomes isolated from single mammalian cells. (2016)
  • Author(s): Takahashi, T., Okeyo, K.O., Washizu, M., Ueda, J., and Oana, H.
  • Organizer: The 20th International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences
  • Place of Presentation: Dublin, Ireland.
  • Year and Date: 2016-10-09 – 2016-10-13
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Direct Observation of Epigenetic Modifications along Intact Chromatin Fibers of Individual Chromosomes Isolated from Single Cells in a Microfluidic Channel. (2016)
  • Author(s): Takahashi, T., Okeyo, K.O., Washizu, M., Ueda, J., and Oana, H.
  • Organizer: 2016 International Conference on Solid State Devices and Materials
  • Place of Presentation: つくば国際会議場，茨城県，つくば市
  • Year and Date: 2016-09-26 – 2016-09-29
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 動物細胞クロマチンファイバーに対する化学修飾および凝縮部の光マッピング (2016)
  • Author(s): 高橋智博，オケヨ ケネディ，鷲津正夫，上田潤，小穴英廣
  • Organizer: 化学とマイクロ・ナノシステム学会第34回研究会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ国際会議場，千葉県，千葉市
  • Year and Date: 2016-09-06 – 2016-09-07
• [Presentation] Testis-Specific Histone Variant H3t is Essential for Entry into Spermatogenesis. (2016)
  • Author(s): Ueda, J., Harada, A., Urahama, T., Machida, S., Maehara, K., Horikoshi, N., Osakabe, A., Taguchi, H., Tanaka, H., Tachiwana, H., Yao, T., Isotani, A., Ikawa, M., Tachibana, T., Kimura, H., Ohkawa, Y., Kurumizaka, H., and Yamagata, K.
  • Organizer: Cold Spring Harbor Asia ‘Chromatin, Epigenetics and Transcription’
  • Place of Presentation: Suzhou, China.
  • Year and Date: 2016-05-09 – 2016-05-13
  • Int'l Joint Research
• [Remarks]
  • URL: http://researchmap.jp/wiz/?lang=japanese