研究の目的
哺乳類の正常な個体発生には卵子および精子ゲノムの寄与が不可欠で、単為発生は父母アレル特異的遺伝子発現を制御するゲノムインプリンティング機構により完全に妨げられている。本研究では、生殖細胞形成過程におけるゲノムインプリンティング機構を解析し、発生工学技術および遺伝子改変技術を駆使し生殖細胞のインプリント情報を改変した卵子を再構築する技術を開発する。これにより、哺乳類では全く不可能と考えられていた雌ゲノムのみから構成される個体発生を可能とし、新たな哺乳動物生産システムの構築を目指す。
研究項目及び実施体制(◎は研究代表者)
- 単為発生胚の核移植による再構築と発生解析
(◎河野友宏、尾畑やよい/東京農業大学応用生物科学部) - 雌核発生胚における遺伝子発現プロファイルの網羅的解析
(小川英彦、山本祐司/東京農業大学応用生物科学部)
研究の内容及び主要成果
- マウス7番染色体遠位部に位置する父性インプリント調節領域を欠損させたノックアウトマウスの新生仔非成長期卵母細胞ゲノムおよび野生型排卵卵子ゲノムを持つ二母性胚を核移植により構築し、妊娠満期にまで発生させることに成功し、世界ではじめて受精を介さず母性ゲノムから構成される二母性マウスを誕生させた。
- さらに、7番染色体に加え12番染色体遠位部に位置する父性インプリント調節領域も欠損させた二重欠損マウス新生仔非成長期卵母細胞ゲノムおよび野生型排卵卵子ゲノムを持つ二母性胚を核移植により構築し、再現性高く二母性マウスを生産するシステムを構築した。
- 雌生殖細胞形成過程における各インプリント遺伝子制御領域におけるDNAメチル化過程が、卵母細胞の成長時期により遺伝子毎に独立的に制御されていることを明らかにした。
- 各遺伝子型の二母性マウス胎子における網羅的遺伝子発現解析から、父性メチル化インプリント遺伝子Igf2およびDlk1が個体発生および胎盤形成において相補的に関与していることを明らかにした。
- これらの成果は、個体発生に不可欠な雌雄生殖細胞ゲノムの機能制御にゲノムインプリンティング機構が決定的な役割を果たしていることを証明した。
見込まれる波及効果
哺乳動物における生殖細胞の機能の理解が深まるばかりでなく、全くあたらしい個体生産システムが構築され、動物増殖、生殖細胞操作、生殖医療、遺伝子保存など、多方面にインパクトを与える。具体的には、優良家畜の生殖巣内に潜在する生殖細胞の利用が可能となる。また、雌雄生殖細胞の人為的生産に道を開き、家畜優良雌個体ゲノムの次世代への伝達効率が飛躍的に増大する。さらに再生医療・移植医療分野への貢献も期待される。
主な発表論文
- Kono T., et al.: Birth of parthenogenetic mice that can develop to adult. Nature 428:860-863(2004).
- Niwa et al.: Nuclei of oocytes derived from mouse parthenogenetic embryos are competent to support development to term. Biol Reprod. 71:1560-1567 (2004).
- Hiura H. et al.: Oocyte growth-dependent progression of maternal imprinting in mice. Genes Cells 11:353-361 (2006)
- Kawahara M et al.: Complementary roles of genes regulated by two paternally imprinted regions on chromosome 7 and 12 in placentation of mouse parthenotes. Hum Mol Genet. 15:2869-2879 (2006).
- Ogawa H. et al.: Disruption of parental-specific expression of imprinted genes in uniparental fetuses. FEBS letter580:5377-5384 (2006).
研究のイメージ
