鉄によるエピゲノム制御 -母体の鉄量変動は胎仔のエピゲノムを変えるのか？-

铁对表观基因组的调节 - 母体铁含量的变化是否会改变胎儿的表观基因组？

基本信息

批准号：
21K19221
负责人：
立花誠
金额：
$ 4.16万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-07-09 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-21K19221/
关键词：
エピゲノム鉄脱メチル化

项目摘要

DNA/ヒストンの脱メチル化を触媒する酵素反応（酸化反応）には、補因子としての二価鉄（Fe2+）が必須である。私たちはごく最近、培養細胞では、DNAとヒストンのメチル化が培地中の鉄量に依存して変動することを見出した。この現象は、DNAの脱メチル化に関わるTetファミリー分子、およびヒストン脱メチル化酵素であるJmjCドメインファミリー分子の活性が、培地に含まれる鉄量によって律速されることを意味する。さらにこの実験結果は、生体内においても、鉄の不足や過剰な状態は細胞のエピゲノムを変えうることも容易に連想させた。胎仔（児）期におきる性決定やゲノムインプリントの消去には、上記のエピゲノム酵素群が深く関与する。このような知見に基づき、妊娠期の母体の鉄の代謝変動が胎仔エピゲノムに及ぼす影響を、マウスモデルで検証する。私たちは、受精後10.5日のマウス胎仔の性的に未分化な生殖腺を摘出し、in vitroで器官培養を行って性分化を観察することができる実験系を開発した。この実験系で48時間培養すると、XY生殖腺は精巣様の構造体を作り、同様にXX生殖腺を培養すると、卵巣様の構造を作る。Deferoxamine (Dfo) は、鉄過剰症の治療薬として一般的に用いられている鉄キレート剤である。2022年度では、未分化生殖腺の器官培養系でDfoを添加すると、XY生殖腺の精巣への分化が阻害されることを見出した。E10.5胎仔から摘出したXY生殖腺を24時間培養すると、性決定遺伝子Sryの発現が観察できる。ことろがDfo存在下でXY生殖腺を培養すると、Sryの発現が見られないことが分かった。

二价铁（Fe2+）对于催化DNA/组蛋白脱甲基化的酶促反应（氧化反应）至关重要。我们最近发现，培养细胞中的DNA和组蛋白甲基化取决于培养基中铁的量。这种现象意味着，与DNA的脱甲基和JMJC结构域家族分子（组蛋白脱甲基酶）相关的TET家族分子的活性是由培养基中含有的铁量限制的。此外，该实验的结果很容易让人联想起，即使在生物体中，缺乏或过量的铁也会改变细胞的表观基因组。在胎儿时期，上述表观基因组学酶与性测定和清除基因组烙印深深涉及。基于这些发现，我们使用小鼠模型研究了怀孕期间母体铁代谢波动对胎儿表观基因组的影响。我们开发了一个实验系统，该系统允许在受精后10.5天消除小鼠胎儿的性腺，并可以在体外进行器官培养以观察性别分化。当在该实验系统中培养48小时时，XY性腺形成睾丸结构，同样，当XX性腺形成卵巢状结构时。脱氟胺（DFO）是一种通常用于治疗铁超载的铁螯合剂。在2022年，我们发现在未分化的性腺的器官培养系统中添加DFO会抑制XY性腺的分化为睾丸。当从E10.5培养24小时中从E10.5培养的XY性腺时，可以观察到性别确定的基因的表达。 Kotoro在DFO存在下培养了XY性腺，发现未观察到Sry表达。