[研究成果] 石黒班と丹羽班の領域内共同研究がDev Cell誌に掲載され、複数メディアで紹介されました！

2020.02.07

Ishiguro K, Matsuura K, Tani N, Takeda N, Usuki S, Yamane M, Sugimoto M, Fujimura S, Hosokawa M, Chuma S, Ko S.H.M, Araki K, Niwa H. MEIOSIN directs the switch from mitosis to meiosis in mammalian germ cells. Dev. Cell. 52(4): 429-445, 2020（石黒班と丹羽班の領域内共同研究）

体細胞分裂から減数分裂へのスイッチをいれるMEIOSIN

熊本大学・発生医学研究所　石黒啓一郎

減数分裂は体細胞と同様の細胞周期の機構を巧みに転用しながらも、減数分裂仕様の染色体構造が再構成されるようにプログラムされている。体細胞分裂と比較した場合、減数分裂ではゲノム半数化の染色体分配を実行する“第一分裂”が挿入されている点が両者の本質的な相違を与えていると解釈される。体細胞分裂から減数第一分裂への切替えが何によって制御されているのかという問題は、生物種を問わず長年の懸案とされていた。マウスではレチノイン酸に応答して一過的に発現誘導されるSTRA8タンパク質が減数分裂の進行に必須であることが2000年代半ばの先行研究により示唆されていたが、その分子機構の解明は国際的にも攻め倦んでいた。

熊本大学発生医学研究所の石黒班は減数分裂にコミットした生殖細胞集団から効率良くPre-meiotic S期の精母細胞を回収できる遺伝子改変マウスを開発し、STRA8と相互作用する新規の因子を室分析法により同定した。この因子はID番号だけを付されたゲノムに眠る未解析の遺伝子Gm4969にコードされていた。我々がMEIOSIS initiator (MEIOSIN)と名付けたタンパク質はHMG-likeドメインをもつDNA結合因子と推測されるが、これを欠損させると雄雌ともに精巣・卵巣の萎縮を伴って体細胞分裂から減数分裂への切替えが見られなくなる事が判明した。

さらに本領域計画班の丹羽班との共同で行ったChIP-seq解析により、MEIOSINはSTRA8と複合体を形成して減数分裂関連遺伝子の転写開始点近傍に結合することが判明した。この事実と符合してMeiosin を欠損させた生殖細胞では多くの減数分裂関連遺伝子の発現低下が見られた。さらにMeiosin を欠損させた精母細胞では、細胞周期の維持に関与する体細胞型Cyclinの異所的発現やM期様染色体構造など体細胞様の特徴を示す細胞の蓄積が観察された。興味深いことに、Meiosin欠損マウス卵巣では僅かながらも見かけは卵子によく似たoocyte-like cellが採取される(図C)。野生型の卵子がキアズマを持つ20対の二価染色体を示すのに対して、驚くべきことにこのoocyte-like細胞は40本の姉妹染色分体を示すことが判明した。この事実はMeiosin欠損マウスでは、減数分裂のプロセスを経由せずに生き延びた卵子前駆細胞が見かけ卵子様の分化を遂げながらも体細胞と同じ染色体構成を示すことを示唆している。

本研究によりMEIOSINは減数分裂の開始に決定的な役割を担う転写活性化因子であることが明らかとなった。さらに本研究の成果から“減数分裂の細胞周期”が卵子の分化とは遺伝学的に分離されるプロセスであることが強く示唆される。本研究成果は、体細胞分裂と減数分裂との本質的な違いを決定付けるメカニズムの全容解明に向けて、国際的にも圧倒的に有利な状況で研究を加速することが期待される。

プレスリリース：不妊の原因にかかわる遺伝子を発見 -卵子や精子の形成に必要な細胞分裂のメカニズムを解明-

多くのメディアが本研究成果を取り上げました！

西日本新聞、Yahooニュース、時事通信(JIJI.COM)、日刊工業新聞、熊本日日新聞、熊本大学HP、朝日新聞、FNN prime

本研究成果の紹介と会見の様子はKKTライブニュースでも放送されました！

Highlights

♦ MEIOSIN plays an essential role in meiotic initiation both in male and female
♦ MEIOSIN and STRA8 bind and activate meiotic genes
♦ MEIOSIN and STRA8 play a central role in cell-cycle switching from mitosis to meiosis
♦ Temporal expression of MEIOSIN is required for meiotic entry decision