研究内容 Researches

公募研究班 A01 (R04-R05)

代謝調節を基盤とした全能期胚エピゲノムの制御とその継続性の解明　

初期胚発生過程で機能する代謝系を包括的に特定し、エピゲノムおよび初期胚発生の制御における役割を解析します。初期胚で変化が見られたエピゲノムに関して、生殖細胞系列への分化後も維持され、生殖細胞や次世代個体に影響を与えるかを検証し、代謝―エピゲノムクロストークによる初期胚発生制御機構とその長期的な影響の解明に挑みます。本研究を基に妊娠母体の栄養環境や、胚培養時の培養環境を改善することで、次世代の健康や生殖細胞の質を高める研究につながることを期待しています。

代表者 / Project Leader

マウス卵割期胚発生におけるゲノム倍数性、細胞の大きさ、両者のバランスの重要性

ゲノム倍数性の変化が胚発生に与える影響は生物種によって異なる。脊椎動物の中でも魚類、両生類は人為的に三倍体の成体を作り出せるが、鳥類や哺乳類の三倍体胚は生まれない。また、特に哺乳類の一倍体胚は6-7回分裂する間に多くが発生停止してしまうが、その理由はわかっていない。本研究では、「ゲノム倍数性」「細胞の大きさ」「両者のバランス」の変化がそれぞれどのような発生異常を引き起こすか、その原因は何かを明らかにすることで、全能性の獲得・発揮には何が重要なのかを解くための知見を得ることを目指す。

代表者 / Project Leader

全能性消失時における新規エンハンサー作用機序の統合的理解

初期胚発生では、母性因子に依存した遺伝子発現プログラムから、胚性ゲノムによって駆動される遺伝子発現プログラムへの移行という大規模な生命機能の転換を経る。本研究ではこれまで見過ごされてきた全能性消失時の背景に潜むゲノム構造の動的変化に着目し、初期胚発生時の胚性ゲノム活性化に果たす機能を包括的に理解することを目指す。

代表者 / Project Leader

植物初期胚発生におけるリガンド－受容体を介した胚性再獲得機構の解明

植物は茎や葉を切断しても、その切断面から新しく根や茎を伸ばし、新たな個体を再生できる。植物が持つ高い再生能力を活かし、挿し木など古くから園芸・農業に利用されてきた。植物細胞は分化した後も全能性を発揮でき、それにより高い再生能力をもつことが知られている。そのため、全能性を発揮するメカニズムが盛んに研究されてきたが、ほとんどは体細胞のリプログラミングに着目した研究であった。しかし、体細胞のリプログラミング過程で生じるカルスや不定胚の多くは、細胞塊の状態でしか解析できず、１細胞レベルで全能性に関わる遺伝子発現変化を捉えることは困難であった。近年、我々はシロイヌナズナにおいて、受精卵の分裂過程（受精胚発生）をin vitroで詳細に観察・解析できる系を確立し、フェムト秒パルスレーザーで胚始原細胞である頂端細胞（胚体細胞）を破壊したときに、隣接していた胚体外細胞である胚柄細胞が細胞運命転換をおこして、再び胚を形成する驚くべき再生能力を明らかにした。 　本課題の目的は、我々が確立したシロイヌナズナin vitro胚発生系を利用し、植物受精胚の「全能性プログラム」制御に関わる因子を明らかにすることである。本課題では、ペプチドホルモンに着目して、リガンド-受容体シグナル経路を介して胚体外細胞が胚性再獲得する分子機構の解明を目指して研究を行う。また、計画研究班の哺乳動物研究との連携により、生命の根幹をなす仕組みに潜む普遍的なメカニズムの発見を目指す。

代表者 / Project Leader

霊長類の内部細胞塊ダイナミズムと全能性

霊長類の胎盤組織は、げっ歯類と同様胚盤胞の栄養外胚葉から発生する一方、胎児組織は内部細胞塊から発生することが推測されている。しかし、これまで実験的検証がされてきませんでした。本課題では、1.霊長類の胎盤の起源を、ライブイメージングおよび細胞標識実験によって検証する、2.霊長類の内部細胞塊ダイナミズムを制御する分子基盤を解明する、という２つの研究項目を遂行することで、霊長類初期胚における全能性細胞の起源と細胞動態を解明することを目標としています。

代表者 / Project Leader

全能性関連遺伝子の発現におけるエピゲノムと転写因子の貢献度の解明

ヒストンH3K9のメチル化修飾は、構成的ヘテロクロマチンを代表するエピジェネティックマークです。私たちはこれまでに、マウスES細胞を使った実験により、2細胞期特異的遺伝子がH3K9メチル化酵素群によって“三重にロック”されていることを見いだしています。本研究課題では、2細胞期特異的遺伝子の抑制におけるH3K9メチル化の役割を明らかにするとともに、なぜ2細胞期特異的遺伝子を抑制する必要があるのか、その意義も明らかにしたいと考えています。

代表者 / Project Leader

卵賦活化が引き起こす母性ｍＲＮＡ翻訳調節による全能性獲得機構の解明

受精などの刺激により、卵は活性化 (賦活化) され、全能性を獲得し発生を開始します。この全能性獲得のためには、卵内の遺伝子発現パターンが、それまでの卵母細胞として高度に分化した状態から、未分化の状態へと大きく変化しなければなりません。しかし、卵賦活化の時期に、多くの生物では転写が不活性であることが知られています。そのため、卵賦活化による遺伝子発現パターンの変化には、母性mRNAの翻訳調節が大きな役割を果たします。そこで、本研究では、ショウジョウバエ卵をもちいて、卵賦活化シグナルの下流でどのように母性mRNA翻訳が調節されているかを明らかにします。それにより、全能性獲得プログラムの分子機構の理解を目指します。

代表者 / Project Leader

マウス母体内における２細胞期胚の割球間競合の抑制機構と意義の解明

これまでマウス２細胞期胚の割球は等価であり、ともに全能性をもつと考えられてきました。しかし近年発展著しい１細胞RNAシーケンスなどの解析により、この２割球は必ずしも等価ではない可能性が示唆されています。私はこれまでの研究から、２細胞期の割球は環境依存的に競合しあうことを新たに見出しました。本研究課題では、そのメカニズムと生理的意義を解明することを目指します。

代表者 / Project Leader

受精卵が全能性を維持するために染色体分配異常から回復するメカニズムの解明

全能性を持つ受精卵は，卵子と精子が接合（受精）することで生じる初期発生におけるスタートの細胞である。しかしながら，卵子は減数分裂過程で染色体分配異常を起こしやすく染色体数異常を持った卵子が多いことはよく知られており，これは，受精後の全能性獲得において大きなリスクである。そこで，受精卵が減数分裂過程で発生した染色体分配異常から回復する何らかのメカニズムがあるのではないかと仮説をたてました。本研究では，そのメカニズムの証明と解明を目指します。

代表者 / Project Leader

初期胚の全能性獲得と消失で起こるエンハンサー・プロモーター相互作用のダイナミクス

複雑な細胞機能を司る遺伝子制御機構の理解には、その核内ゲノム３次元構造を解き明かす必要があります。しかし生命が形作られる初期胚発生において、エンハンサー・プロモーター相互作用をはじめとするゲノム３次元構造がいかに変化し、その遺伝子制御システムが成立しているのか、その詳細は不明です。本研究では、受精卵が全能性を獲得し、その後、細胞分化と共に全能性を消失する過程のエンハンサー・プロモーター相互作用のダイナミクスを詳細に解析し、ゲノム非コード領域の初期胚発生における機能的役割の解明を目指します。

代表者 / Project Leader

空間マルチオミクスでアプローチする初期胚における細胞運命決定機序の理解

マウス着床前胚では、早期より個々の細胞のトランスクリプトーム、即ち個性が形成される。その一方で、各々が全能性も有しており、結果、可塑的な状態で存在している。この可塑的な状態はクロマチン構造により規定され、胚盤胞における細胞間相互作用や種々のシグナル伝達経路の活性化に伴い、特定の分化方向に運命づけられるが、その機序は未だ不明な点が多い。そこで本研究では、1細胞期から、ICM形成に至る過程で胚内部における細胞間相互作用および個々の細胞内で生じるシグナルの活性化を網羅的に解析すると同時に個々の細胞のクロマチン構造をゲノムワイドに解析を行うことで包括的な解明を目指す。

代表者 / Project Leader

全能性獲得過程におけるタンパク質分解へのＮ末端則経路とアルギニル化のかかわり

N末端則とはタンパク質の半減期がそのN末端のアミノ酸によって決定されるという法則である。N末端則経路における重要な翻訳後修飾がアルギニル化であり、N末端則経路およびアルギニル化は多くの生物で保存されている重要なメカニズムであるが、初期発生における研究は進んでおらず、これらと全能性獲得の関係については全くわかっていない。本研究では、N末端則経路を介した母性タンパク質の分解と全能性獲得のかかわりを明らかにすることを目指す。

代表者 / Project Leader

ＤＵＸ非依存的な新規２細胞様細胞の可視化による胚性ゲノム活性化機構の解明

ES細胞の培養過程において、2細胞期胚特異的に発現するレトロトランスポゾンMERVL陽性細胞（2細胞様細胞）が出現することが報告されています。この2細胞様細胞の出現は、転写因子DUXに依存していますが、in vivoでDuxをKOしても胚発生が正常に進行することから、in vivoではDUX非依存的な経路が全能性を制御していることが示されています。本研究提案では、(1) DUX非依存的な新規2細胞様細胞の可視化、(2)新規2細胞様細胞の可視化系を用いたDUX非依存的な胚性ゲノム活性化機構の解明、この2つ研究課題を進め、最終的には全能性幹細胞の樹立を目指します。

代表者 / Project Leader