【研究領域課題番号】19K16036 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

高脂肪食 / 卵成熟 / 卵黄 / 次世代 / エピジェネティクス / 代謝 / 獲得形質遺伝 / リプログラミング

【研究成果の概要】

本研究では、ゲノム科学の優れたモデル生物であるメダカを用い、親個体に対する高脂肪食投与が生殖細胞および次世代個体にどのような変化をもたらすかを明らかにすることを目指す。当初は父親個体に対する高脂肪食(High-fat diet : HFD)投与の影響を解析していたが、次世代個体にほとんど変化が生じなかったため、2020年度より母親個体に対する高脂肪食投与に実験系を切り替えている。
2020年度までに、母親HFD群ではコントロール(Control diet : CD)群と比較して受精率および正常発生率が低下すること、および胞胚において転写・翻訳関連の遺伝子群の発現が低下していることを見出していた。2021年度はサンプル数を増やして上記の現象の再現性を確認したほか、HFDが母体の卵成熟機構に与える影響の解析を進めた。
まず卵巣の組織像観察を行った結果、HFD群ではCD群と比較して卵巣が肥大化しており、また異常な形態を示す卵母細胞が高頻度で観察された。続いて卵成熟を制御する視床下部―脳下垂体―生殖線軸に着目したところ、HFD群では脳下垂体における黄体形成ホルモン(LH)の発現量は変化していないものの、卵胞刺激ホルモン(FSH)の発現量が上昇していることがわかった。さらに、HFD群では肝臓においてエストロゲン受容体や卵黄タンパク質の発現量が低下していることも分かった。以上より、HFD群においては生殖腺刺激ホルモンの分泌量変化や卵黄タンパク質の発現低下が卵成熟異常をもたらし、受精率低下や次世代胚の発生異常を引き起こしている可能性が示唆された。
なおHFD群の次世代胚における翻訳関連遺伝子群の発現低下の結果を踏まえ、翻訳低下が次世代胚の発生異常に寄与している可能性を考えた。そこでまず胞胚でのタンパク質生合成の定量実験を試みたが、現在のところ両群間で有意な差は見出されていない。

【研究種目】若手研究

【研究期間】2019-04-01 - 2023-03-31

【配分額】4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)

【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】細胞レベルから個体レベルの生物学およびその関連分野

【研究領域課題番号】17K19383 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

初期胚発生 / クロマチン構造 / 全能性 / 初期胚 / クロマチン / エピジェネティクス / リプログラミング

【研究成果の概要】

本研究では初期胚におけるクロマチン構造変換と全能性獲得が密接にかかわっているという近年の知見に基づき、全能性獲得に関与するクロマチン因子を探索し、その機能を明らかにすることを目的とした。In silicoスクリーニングによって10個の候補因子を抽出し、その中で前核において核アクチン様の局在を示す候補因子Aと、過剰発現が初期胚発生停止を誘導する候補因子Bを同定した。

【研究の社会的意義】

細胞の全能性獲得や高効率リプログラミングに関与する新規候補因子を同定した本研究成果は、今後その効果の確認と分子メカニズムの解明を通して、初期胚発生メカニズムの理解や再生医療に有用な知見を提供し得ると期待される。

【研究種目】挑戦的研究(萌芽)

【研究期間】2017-06-30 - 2020-03-31

【配分額】6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円)

【研究分野】実験動物学

【研究領域課題番号】15K06803 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

UHRF1 / 卵母細胞 / 初期発生 / 着床前発生 / 生殖細胞 / エピジェネティクス / DNAメチル化 / 卵子 / 卵子形成 / 配偶子形成 / リプログラミング / ヒストン修飾

【研究成果の概要】

研究代表者らは、一般的な細胞では核に局在するUHRF1が、卵母細胞および着床前胚では、大部分が細胞質に局在することを見出した。これらの細胞で一部核内に局在するUHRF1は卵母細胞成長期の新規DNAメチル化に関与し、着床前胚ではゲノムワイドに基底レベルのメチル化を維持することを見出した（前之原ら, 2017）。またUHRF1母方ノックアウトマウス胚は着床前後に致死となること、UHRF1は卵母細胞の細胞骨格形成に重要な役割を担っていること、UHRF1存在下で形成された細胞質が正常な発生に重要であること、UHRF1は着床前発生において正常な染色体分配と細胞分裂に重要であることなどを見出した。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2015-04-01 - 2018-03-31

【配分額】5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)

【研究分野】エピジェネティクス

【研究領域課題番号】24613005 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

DNAメチル化 / ゲノムインプリンティング / UHRF1 / 発生 / 生殖細胞 / 初期発生 / エピジェネティクス / ヒストン修飾 / インプリンティング / リプログラミング / ノックアウトマウス

【研究成果の概要】

ゲノムインプリンティングとは父母の配偶子形成過程でエピジェネティックな情報（DNAメチル化やヒストン修飾）がゲノムに刷り込まれ、受精後生涯を通して由来するゲノムにより遺伝子発現に差が出る現象であり、その異常はヒトの先天性異常の原因ともなる。本研究では、ゲノムインプリンティングの分子基盤の理解を深めるために、UHRF1というエピジェネティック制御因子がインプリンティングの確立・維持に果たす役割を調べた。その結果、UHRF1は卵子におけるインプリンティングの確立には関与しないが、着床前胚におけるインプリンティングの維持に重要な役割を果たしていることが明らかとなった。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2012-04-01 - 2015-03-31

【配分額】5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円)

【研究分野】実験病理学

【研究領域課題番号】24390096 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

iPS細胞 / エピジェネティクス / リプログラミング / がん / エピゲノム / 脱分化 / 細胞分化 / 分化 / 癌

【研究成果の概要】

生体内で細胞初期化を誘導可能な4つの転写因子、Oct3/4, Sox2, Klf4, Mycを強制発現可能なマウスを作製した。生体内で体細胞が初期化できるマウスに不完全な細胞初期を誘導すると、小児芽腫に類似した癌が発生することを見いだした。発生した腎臓腫瘍細胞をFACSにて回収後、再度初期化因子を誘導することで腫瘍細胞からiPS細胞が樹立可能であった。腎臓腫瘍細胞由来iPS細胞で作製したキメラマウスでは、非腫瘍性の腎臓に寄与していることが確認された。iPS細胞の樹立、再分化には遺伝子配列の変化は必要としないことから、エピゲノム制御の変化が本発がん過程に重要な役割を果たしていることが示唆された。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2012-04-01 - 2015-03-31

【配分額】18,720千円 (直接経費: 14,400千円、間接経費: 4,320千円)

【研究分野】循環器内科学

【研究領域課題番号】18659220 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

核移植 / クローン / ES細胞 / 再生医学 / 循環器疾患 / エピジェネティクス / リプログラミング

【研究成果の概要】

本研究では、血管細胞由来のクローン胚からES細胞を樹立し、この体細胞核由来ES細胞(ntES細胞)の未分化性や分化特性について検討した。また、ntES細胞確立の機序に関連し、初期胚におけるエピジェネティック制御に関して、DNA維持メチル化機構を中心に研究を行った。
1.マウスES細胞から血管内皮細胞に分化する細胞系列の各段階をドナー細胞として用いることにより、分化の進行初期の段階で核移植後の桑実胚/胚盤胞発生率が低下すること、分化に伴う核移植後のリプログラミング感受性低下がOct4プロモーター領域のヒストン修飾と相関することを見いだした。しかし、血管内皮細胞核に由来するntES細胞においては、特に血管内皮細胞への分化嗜好性を示すという傾向は見られず、核移植前の細胞特性の記憶がntES細胞において維持されている証拠は得られなかった。
2.血管病のクローン治療モデル確立の予備実験として、血管新生やリモデリングに異常をきたすアドレノメデュリン(AM)遺伝子欠損マウス胚からのES細胞樹立を行い、分化特性を検討した。その性質は正常胚由来のES細胞と大きな差はなく、内皮細胞分化や血管網様構造の形成などについても有意な差は見られなかった。
3.初期胚におけるエピジェネティック制御に関し、これまでメカニズムが明らかにされていなかった胚盤胞形成に至るまでの着床前胚でのDNA維持メチル化が、従来考えられていた細胞質に存在する卵細胞型DNAメチル化転移酵素(DNMTlo)よりも、むしろ周期的に核に出現する体細胞型アイソフォーム(DNMTls)によって制御されていることを明らかにした。
iPS細胞の出現により、核移植によるクローン治療の価値は下がり、新しい体細胞リプログラミング研究が重要となった。これにより、本研究の今後の方向はリプログラミングの機序などの基盤研究へと展開するのが妥当と考えられた。

【研究種目】萌芽研究

【研究期間】2006 - 2007

【配分額】3,300千円 (直接経費: 3,300千円)

【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)