東京大学 定量生命科学研究所 病態発生制御研究分野についての紹介です。

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研究内容

病態発生制御研究分野

遺伝情報を次世代に引き継ぐ生殖細胞では、情報の正しい伝達のために、DNA をとりまく環境も大きく変化します。本研究室では、クロマチンの動態変化が遺伝情報の維持や消去にどのように貢献するかを調べています。

遺伝情報の伝達を支えるエピジェネティクス

生殖細胞は自らの遺伝情報を次世代に継承するという命題の下、その形態や核内環境をダイナミックに変化させながら成熟します。
例えば精子の核は長径がわずか5ミクロンで、内部はヒストンが除去されてクロマチンが高度に凝集した結果、転写翻訳といった核内イベントはほぼ完全に停止していると考えられています。
しかし近年、精子の中にはヒストンとRNAが少なからず存在することが明らかになり、これらが受精や遺伝情報伝達に何らかの役割を有する可能性が示唆されています。
さらに最近、オスの一過性のストレスがエピゲノムマークとなって子孫に遺伝することが実験的に証明されたことから、精子が自分のDNA以外の因子を次世代に受け渡している可能性が高く、益々関心が高まっています。

私たちの研究室では、生殖細胞のクロマチン動態に着目し、それらが細胞増殖や分化・受精にどのような機能を有するかについて研究を進めています。
具体的には①精子幹細胞の幹細胞性維持に関わるクロマチン因子の同定と解析(図1)、②精子残存ヒストンのプロファイリングとヒストンバリアントの機能解析(図2)、③受精におけるクロマチン修飾変化の解析と責任因子の同定(図2)、④ヒストン修飾の変化をリアルタイムで観察できるプローブの開発、について解析を行っています。

研究内容

図1:精子幹細胞維持に重要なクロマチン修飾因子の同定と解析。野生型幹細胞は、in vitro で培養すると「ブドウの房状」コロニーを形成するが、クロマチン修飾因子のノックアウト幹細胞は鎖型の形状を示し分化する。これらの細胞をGFP で蛍光標識した後移植すると、野生型細胞は生着するが、ノックアウト細胞は生着しない。

研究内容

図2:精子残存ヒストンのプロファイリングと、受精におけるクロマチンダイナミクスの解析。
A) 成熟精子には少量のヒストンやRNA が残存しており、それらが受精卵に持ち込まれる可能性がある。
B) 受精後の精子核では速やかにプロタミンからヒストンへの置換が起こり、クロマチン修飾も除去されるが、一部のエピジェネティックマーク は初期化から免れる。
C) 前核後期では雌雄の前核で独立して転写が起こる。

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