Investigating the function and transgenerational effects of sperm-retained histones

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18H02369
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 岡田 由紀 東京大学, 定量生命科学研究所, 教授 (60546430)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 切断型ヒストン / 精子形成 / XY body

Outline of Annual Research Achievements

精子形成過程で出現する切断型ヒストンH3について、その動態と切断に関与する酵素の探索を行った。その結果、H3のN末端側テイル Ala21-Thr22で切断されたH3（csH3）が、精母細胞において一過性にXY bodyに集積することを見出した。次に精巣組織培養系にプロテアーゼ阻害剤を加える実験を行い、Ala21-Thr22切断の責任酵素としてカテプシンLを同定した。このカテプシンLは精母細胞に隣接するセルトリ細胞で発現し、細胞外分泌よって精母細胞に作用するこが示唆された。さらに精母細胞をATR阻害剤で処理したところcsH3のXY body集積が減少したことから、この現象は精母細胞におけるDNA損傷応答経路の下流に位置すると考えられた。

Current Status of Research Progress

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

Reason

当該年度は、予定していた切断酵素の同定が完了し、さらにcsH3のXY bodyへの局在がDNA損傷応答経路の下流にあるという新たな知見をえることができた。また今後の研究に必要となる実験手技の予備検討まで行うことができた。一方で、精巣ex vivo培養が精子を得るところまで至らなかったことで、経世代効果の検討を翌年に持ち越すことにした。

Strategy for Future Research Activity

以上の結果より、XY body形成におけるcsH3の関与が示唆された。XY bodyは転写抑制のためにヘテロクロマチン化されていると考えられており、H3K9トリメチル化が重要な役割を果たすことが知られている。しかし csH3には9番目のリジン残基を含むＮ末端側テイルが存在しない。そこで、XY bodyにおいてH3K9トリメチル化を含むヌクレオソームとcsH3を含むヌクレオソームがどのような位置関係で局在しているのかを明らかにするため、セルソーターで分取した精母細胞を用いてCut & Tagを行い、csH3とH3K9トリメチル化との位置関係を明らかにする。また、カテプシンL阻害剤添加下で培養した精巣組織から精子細胞を採取して顕微授精に供し、胚発生における精子H3切断の役割を検討する。これらについての予備検討は終了している。