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

小鼠受精卵核重编程促进因子的鉴定及其应用

• 批准号: 17J00058
• 负责人: 畑中 勇輝
• 金额: $ 2.58万
• 依托单位: Institute of Physical and Chemical Research
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2017
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2017-04-26 至 2020-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17J00058/
• 关键词: マウス受精卵; ヒストンシャペロン; 核リプログラミング; 生殖細胞; エピジェネティクス; 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

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。近年，この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。昨年度に申請者らは，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，その制御因子である母性タンパク質も同定した (Hatanaka et al., Cell rep, 2017)。そこで，申請者らはHIRAに着目し，受精卵特異的に相互作用する候補因子を同定した。受精卵においてこれら候補因子の役割を明らかにすることで受精後の一連の分子機序の理解をめざす。これまでに，受精卵における候補因子の局在を明らかにし，その候補因子は受精直後の前核期胚においてのみクロマチンに結合していることを見出した。今年度は受精卵における該当因子の機能を明らかにするために，Trim-away法を用いたノックダウン胚の作製を試みた。しかしながら，標的タンパク質の完全なノックダウンには至らなかった。そこで，申請者らは一つの候補因子に絞り，卵子特異的なコンディショナルノックアウトマウスの獲得に成功した。十分な産子作出後，HIRAの局在解析やクロマチン構造の変化、さらに受精直後のエピジェネティック修飾の変化を細胞化学的解析だけでなく、生化学的解析も含めて進めていくことで、受精卵特異的な再プログラム化機構の一端を明らかにする。

在小鼠受精过程中，鱼精蛋白在受精后立即从精子基因组中去除，并且来自卵子的组蛋白被掺入形成核小体结构。此外，全基因组 DNA 去甲基化大约在同一时间发生，但精子基因组的这种重编程机制的细节尚不清楚。最近有报道称组蛋白伴侣HIRA是组蛋白掺入精子基因组和核小体结构形成的重要因素。去年，申请人报道了组蛋白 H3 N 末端第 17 个精氨酸残基 (H3R17me2a) 的不对称二甲基化，这是组蛋白的化学修饰，对于组蛋白伴侣控制的组蛋白变体 H3.3 的摄取非常重要HIRA。我们发现有一种母体蛋白质可以调节这一点，并且还鉴定出了控制它的母体蛋白质（Hatanaka 等人，Cell rep，2017）。因此，申请人将重点放在 HIRA 上，并确定了与受精卵特异性相互作用的候选因子。通过阐明这些候选因子在受精卵中的作用，我们的目的是了解受精后发生的一系列分子机制。到目前为止，我们已经阐明了候选因子在受精卵中的定位，并发现候选因子仅在受精后立即的原核阶段胚胎中与染色质结合。今年，为了阐明相关因子在受精卵中的功能，我们尝试使用修剪法创建敲低胚胎。然而，目标蛋白的完全敲低并未实现。因此，申请人专注于一个候选因子，并成功获得了卵特异性条件敲除小鼠。在产生足够的后代后，我们不仅会进行细胞化学分析，还会进行HIRA定位、染色质结构变化以及受精后表观遗传修饰变化的生化分析，揭示部分卵子特异性重编程机制。

项目成果

GSE and Mettl23, a Novel H3R17me2a Methyltransferase, are Essential for Tet3-dependent DNA Demethylation in Zygotes

GSE 和 Mettl23（一种新型 H3R17me2a 甲基转移酶）对于受精卵中 Tet3 依赖性 DNA 去甲基化至关重要

• 发表时间: 2018
• 作者: 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.
• 通讯作者: Ogura A.