【研究領域課題番号】18H04012 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

シナプス刈り込み / 生後発達 / 小脳 / プルキンエ細胞 / 登上線維 / エピジェネティクス / 遺伝子発現 / マウス

【研究成果の概要】

生後発達期の神経系におけるシナプス刈り込みは、動物が環境に適応するために神経回路を最適化する仕組みと考えられる。シナプス刈り込みには神経の活動が必須と考えられるが、神経の活動がどのような遺伝子発現を経てシナプス刈り込みを引き起こし、永続的な神経回路の変化として固定化されるのかはよくわかっていなかった。本研究では、マウスの小脳でみられるシナプス刈り込みをモデルとして、その仕組みを追及し、これに関わるエピジェネテイック因子や転写因子を同定した。

【研究の社会的意義】

シナプス刈り込みは、大脳皮質を含めた生後発達期の神経系で普遍的にみられる現象であり、正常な脳機能の発達に必須である。したがって、そのメカニズムの解明は、脳機能の発達の仕組みを理解するうえで極めて重要である。さらに、生後発達期のシナプス刈り込みの障害が自閉スペクトラム症の、また、思春期における過剰なシナプス刈り込みが統合失調症の発症に関連すると広く考えられており、これらの病態解明や治療法開発の点からも極めて重要である。シナプス刈り込みに関わることが知られている因子の中に精神神経疾患の関連遺伝子が含まれていることからも、その重要性が示唆される。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2018-04-01 - 2021-03-31

【配分額】44,720千円 (直接経費: 34,400千円、間接経費: 10,320千円)

【研究領域課題番号】18H04026 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

発癌 / 脱分化 / 細胞初期化 / 発がん / エピジェネティクス / がん / 細胞老化 / マウスモデル / エンハンサー / 肉腫 / iPS細胞 / リプログラミング / 遺伝子改変マウス / reprogramming / kras / mouse / epigenetics / pancreatic cancer / iPS / エピゲノム

【研究成果の概要】

がん細胞では、正常由来細胞の特徴を失い、しばしば個体発生過程の前駆細胞に類似した性質を示す。しかしながら、この「細胞脱分化」が発がんの「原因」の一つなのか、単に「結果」なのかについては、明らかにされていなかった。本研究では、リプログラミング技術とマウスの発生工学を駆使した先進的なマウスモデルを作製し、積極的に細胞脱分化を誘導した。発がんモデルと組み合わせることで、脱分化が実際に発がんの原因となることを実験的に示した。

【研究の社会的意義】

我が国の死因の約1/3はがんによる。なかでも膵癌は有効な治療法がなく最も予後が悪いがんである。本研究では、膵癌発生の新たなメカニズムを提唱した。また、がんの原因は遺伝子変異の蓄積であると考えられているが、本研究により、遺伝子配列の異常のみならず周囲環境の変化に応じたエピゲノム制御の変化が非常に重要であることを示した。さらに、細胞の脱分化に関わるエピゲノムを標的としたがん治療の可能性を提示した。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2018-04-01 - 2021-03-31

【配分額】44,590千円 (直接経費: 34,300千円、間接経費: 10,290千円)

【研究分野】環境生理学(含体力医学・栄養生理学)

【研究領域課題番号】24590307 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

性差 / 脳 / レトロトランスポゾン / 性的二型核 / マウス / エピジェネティクス

【研究成果の概要】

神経回路の性差は性行動や生殖生理等、性特有の機能の性差に結びつくのみならず、特定の疾患に対する罹患率の性差や環境要因に対する影響の感受性の性差を形成する基盤となる。様々な化学物質の曝露影響バイオマーカーとしてレトロトランスポゾンL1が知られているが、本研究では脳におけるその発現の性差について検討した。その結果、視索前野においてL1発現に性差がみられ、またそのL1発現の性差は環境因子と相互作用し変化する可能性が明らかとなった。今後はその発現がどのような機能的な性差に結びつくのか、より詳細に検討することにより脳の性分化機構の解明に少しでも近づけるように研究をすすめたい。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2012-04-01 - 2015-03-31

【配分額】5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円)

【研究分野】医化学一般

【研究領域課題番号】23229002 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

カスパーゼ / 細胞死 / エピジェネティクス / 神経発生 / 代謝 / 頑強性 / 遺伝学 / 細胞運命 / ゆらぎ / ショウジョウバエ / マウス / 環境 / 頑強生

【研究成果の概要】

ショウジョウバエの神経発生では、細胞死による神経前駆体細胞（SOP）の選択が、SOPが生まれる最初期からおこっていた。SOP数の制御に関してカスパーゼ活性は非アポトーシス機能として関わっているが、カスパーゼ阻害によるSOP数増加の表現型には、ヒストンメチル化酵素eggless/SETDB1が関わっていた。成虫原基組織再生の安定性には、組織傷害に応答した脂肪体でのメチオニン代謝が関わることが明らかになった。また、哺乳類頭部形成に重要な前脳前端のシグナルセンターではFGF8産生細胞の大まかな入れ替わりに細胞死が関わり、アポトーシスが脳のパターニング制御の安定性に重要であることが示された。

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2011-04-01 - 2016-03-31

【配分額】214,760千円 (直接経費: 165,200千円、間接経費: 49,560千円)

【研究分野】小児科学

【研究領域課題番号】20390299 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

エピジェネティクス / 大脳皮質発生 / 神経前駆細胞 / マウス / 細胞周期 / ヒストン脱アセチル化 / 神経発生 / 大脳皮質

【研究成果の概要】

近年、遺伝子の塩基配列に依らない遺伝子発現機構(エピジェネティクス機構)が神経発生に重要な働きを持つのではないかと考えられている。本研究ではエピジェネティクス機構を担うヒストン脱アセチル化酵素を神経幹細胞にのみ時期を限定して発現可能なマウスを作成した。ヒストン脱アセチル化酵素を神経幹細胞に強制的に発現させると、細胞分裂動態に変動を認めたことから、大脳皮質の組織に異常を生じる可能性が示唆された。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2008 - 2010

【配分額】18,590千円 (直接経費: 14,300千円、間接経費: 4,290千円)

【研究分野】小児科学

【研究領域課題番号】18390302 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

エピジェネティクス / 大脳皮質発生 / 神経前駆細胞 / マウス / 細胞周期 / アセチル化

【研究成果の概要】

本研究では、大脳皮質を形成する神経前駆細胞の細胞周期調節機構に、エピジェネティクス機構、特にクロマチン構造を制御するヒストン脱アセチル化酵素が果たす役割を解明する目的で以下の実験行った。
方法1.妊娠10-16日目のマウス神経前駆細胞の核抽出液を調整した。抗アセチル化ヒストン抗体でウエスタンブロットを行ないヒストンのアセチル化状態を確認した。2.上記調整サンプルと種々の抗アセチル化ヒストン抗体でクロマチン免疫沈降を行い、細胞周期調節遺伝子のプロモーター領域に対するプライマーを用いてPCRを行った。3.ヒストンのアセチル化を修飾するhistone deacetylases、Sir2に対するウエスタンブロット解析を行った。4.Tet-systemと神経幹細胞特異的プロモーターであるnestin遺伝子のintron II promoterとを組み合わせ、ドキシササクリン(DOX)投与によりSir2を神経幹細胞で時期特異的に発現可能なマウスの作成を試みた。
結果1.発生が進むに従いアセチル化ヒストンH3lys9が増加した。その他既知のH3、H4アセチル化部位は不変であった。2.神経前駆細胞の分裂が進むに従いp27Kip1,p57Kip2等のプロモーター領域が抗アセチル化ヒストンH3lys9抗体により免疫沈降した。3.神経前駆細胞の分裂が進むに従い核内脱アセチル化酵素Sir2のみ減少した。4.TRE配列の下流にSir2遺伝子を挿入した遺伝子断片を持つトランスジェニックマウス(TRE-Sir2)を5ライン作成したが、Sir2を強制発現可能なラインを見つけることができなかった。
考察Sirt1はNAD依存性ヒストン脱アセチル化酵素Sir2のマウスホモログ蛋白質であり、酵母のカロリー制限下での寿命延長に重要な役割を果たしていることが知られ、またSirt1欠損マウスでは大脳発生に異常をきたす。以上から神経前駆細胞の細胞周期が進むにつれてSirt1の発現量が減少し、その結果アセチル化ヒストンH3 lys9が減少、CDKIのプロモーターが解放されている可能性がある。
強制発現可能なトランスジェニックマウス作成を試みたが、DOX投与量の増量、投与時期・期間の調整にも関わらず、導入遺伝子由来の蛋白質・mRNAを検出可能なラインを見つけることができなかった。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2006 - 2007

【配分額】17,000千円 (直接経費: 14,900千円、間接経費: 2,100千円)

【研究分野】産婦人科学

【研究領域課題番号】16591684 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

卵子 / リンカーヒストン / リプログラミング / エピジェネティクス / リン酸化 / H1foo / マウス / マイクロインジェクション / モルフォリーノアンチセンス

【研究成果の概要】

今回我々はマウス卵子特異的に発現するリンカーヒストンH1fooの機能解析を行うことを目的にモルフォリノを利用してH1fooの発現阻害を行った。BDF1マウスよりPMSG刺激後48時間にてGV卵を回収し、H1fooに対するモルフォリノをマイクロインジェクションした。マイクロインジェクション後時間を追って免疫染色およびウエスタンブロッティングにてH1foo蛋白量の変化を観察したところ逆相補配列をもつコントロールのモフォリノをインジェクションした卵にくらべてH1fooが減少していることがわかり、40時間以上たっと免疫染色およびウエスタンブロッティングにてH1fooは検出されなくなった。そこでモルフォリノによりH1fooをノックダウンした卵をin vitro maturationさせて第1極体の放出による成熟率を検討した。その結果、コントロールにくらべノックダウン卵では有為に成熟率が低い傾向が得られた。但し、成熟した卵を単為発生させた場合、前核形成率でみた発生率に関してコントロールとの間に差はみられなかった。また、リコンビナントH1fooをMPF(Maturation Promoting Factor)の活性中心であるリコンビナントcdc2/cyclinBと放射性同位元素によってラベルしたATPと反応させることによって、H1fooがin vitroでリン酸化されるかどうか検討した結果、H1fooがMPFによってリン酸化された。以上の結果よりH1fooが卵成熟、すなわち減数分裂の過程で機能していることが強く示唆された。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2004 - 2005

【配分額】3,600千円 (直接経費: 3,600千円)