2017 Fiscal Year Annual Research Report
マウス受精卵における核の再プログラム化促進因子の同定とその応用
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17J00058
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
畑中 勇輝 国立研究開発法人理化学研究所, バイオリソースセンター, 特別研究員(PD)
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2017-04-26 – 2020-03-31
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| Keywords | 受精卵 / 精子ゲノム / 再プログラム化 / エピジェネティック修飾 / ヒストン / DNA脱メチル化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
マウスの受精において、精子ゲノムは受精後直ちにプロタミンが除かれ，卵子由来のヒストンが取り込まれることによりヌクレオソーム構造が形成される。さらにほぼ同時期にゲノムワイドなDNA脱メチル化が引き起こされるがこれら精子ゲノムの再プログラム化機構の詳細は不明である。本機構解明は受精卵の全能性獲得の理解につながるだけでなく、正確で迅速な再プログラム化に必要な因子の同定により、それらを体細胞核への再プログラム化へ応用できることが期待される。
本年度の研究成果としては、受精後、精子ゲノムにおいて、ヒストンシャペロンHIRAが制御するヒストンバリアントH3.3の取り込みはヒストンの化学的修飾であるヒストンH3のN末端から17番目アルギニン残基の非対称性ジメチル化 (H3R17me2a)が重要であることを明らかにし、今年度論文発表した（Hatanaka et al., Cell rep, 2017）。さらに本論文では、この修飾酵素として新たに同定したMettl23はGSEと相互作用し、受精卵のDNA脱メチル化に必須の水酸化酵素Tet3と相互作用しこの核への局在を制御していることが明らかにした。このことから、H3R17me2a酵素Mettl23は新たな核の再プログラム化因子として同定することができた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
近年，精子ゲノムへのヒストンの取り込みとヌクレオソーム構造の形成に必須の因子はヒストンシャペロンHIRAであることが報告された。そこで、申請者らは受精後の一連の分子機序を明らかにしこれを他の細胞へ応用するために、HIRAに着目し、更なる核の再プログラム化促進因子を同定するために，まず受精卵特異的にHIRAと相互作用する因子の同定を試みた。方法としては、受精卵とマウス線維芽細胞 (MEF)，さらにマウスES細胞におけるHIRAと相互作用する因子を質量分析装置を用いて同定し受精卵特異的な因子を検出した。その結果，受精卵特異的に相互作用している候補因子として20因子検出できた。受精卵特異的な相互作用候補因子の同定は2年目の前期までの予定であったため、進捗状況としては順調であると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度は、これら因子の受精卵における発現及び局在プロファイルを明らかにし、それら因子のノックダウン胚を作製し解析することで新たな核の再プログラム化因子の同定を試みる。機能解析において、申請書ではRNA干渉法によるノックダウンを試みると記述したが、昨年末に発表されたTrim-away法によるタンパク質ノックダウン法により行うことにする（Clift et al., Cell, 2017）。受精卵における局在解析を行い、受精後核内で局在している候補因子について、ノックダウン胚を作製し、それら胚を、核の形成、ヒストンの取り込み、さらにDNA脱メチル化状態を免疫染色により評価する。最終的には、質量分析により各修飾の定量解析を行う。以上により、受精直後に精子ゲノムの再プログラム化に必須な因子を同定する。その際、その因子の機能次第で大量のサンプルが必要となる実験を行わなければならない可能性もあり、遂行が困難となることも考えられる。その場合は、受精卵特異的な相互作用候補因子以外にも、ES細胞及び受精卵で特異的に相互作用している因子についても同定しているので、ES細胞を用いた解析も行うことが可能である。
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[Journal Article] Histone H3 Methylated at Arginine 17 Is Essential for Reprogramming the Paternal Genome in Zygotes2017
Author(s)
Hatanaka Y, Tsusaka T, Shimizu N, Morita K, Suzuki T, Machida S, Satoh M, Honda A, Hirose M, Kamimura S, Ogonuki N, Nakamura T, Inoue K, Hosoi Y, Dohmae N, Nakano T, Kurumizaka H, Matsumoto K, Shinkai Y, Ogura A
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Journal Title
Cell Reports
Volume: 20
Pages: 2756～2765
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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