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精巣を用いた成体型幹細胞研究のメリット
精巣の細胞は分裂しても細胞間橋で繋がっており、繋がっている細胞の数を数えることにより、最初の１個目の幹細胞からの分裂回数を簡単に知ることができるのが最大の特徴です。また、体外での幹細胞の長期培養、幹細胞活性を測定するための精細管移植法なども樹立されており、組織学的検索も完成されており、様々な解析手法からアプローチできる細胞系譜です。これらのメリットを生かして研究を行っています。他の教室であまり行われていない手法として、電子顕微鏡、超解像顕微鏡を用いて超解像度の解析も行っています。
エピジェネティクス・チェックポイントの発見
私どもは、精巣の幹細胞が体細胞分裂を行いながら細胞数を増幅しているステップで、かつ、幹細胞活性を失う時期に一致して、DNAメチル化酵素の発現やH3K9me2に代表される抑制性ヒストン修飾など、大きなゲノム修飾の変化が同時に起こる変換点（エピジェネティック・チェックポイントと名付けました。）を見出しました。さらに維持DNAメチル化を障害させるためにUHRF1(Np95)のノックアウトマウスの精巣を解析したところチェックポイントまでの細胞は障害無く生存し、チェックポイント以降の細胞は消失していました。これらの研究は、ゲノム修飾酵素のノックアウトマウスを中心に、レーザー共焦点顕微鏡を用いた蛍光免疫染色にて、核内の構造、核内蛋白の位置取りを詳細に解析し、さらにセルソーターを用いて高度に純化した精巣の幹細胞、前駆細胞分画を用いた分子生物学的解析の結果明らかとなりました。このチェックポイントは、これまで40年以上信じられていた最初の一個のみが幹細胞であるという定説の場所よりもっと後の分裂段階であり、本当の幹細胞活性喪失時期は、このチェックポイントにあるのではないか、と考えています。
Stem Cell Pool説
私達は、このチェックポイントに至る前の細胞群はゲノム修飾の視点からほぼ均一な集団ではないかと考え、Stem cell pool説を提唱しています。実際、幹細胞特異的分子は最初の一個の細胞だけでなく、数回分裂した後まで発現しているものがほとんどですし、２個や４個の細胞の鎖がちぎれることも証明されており、チェックポイントまで幹細胞活性を維持している可能性が高いと思われます。さらにこのチェックポイントでのゲノム修飾を人為的に変化させることにより、幹細胞分化が制御できないか挑戦しています。
ゲノム修飾の次世代シークエンサーを用いた解析
私どもの見つけたゲノム修飾の変換点において、具体的にゲノムのどの領域がDNAメチル化、DNAハイドロキシメチル化、ヒストンメチル化などの修飾を受けるのか，次世代シークエンサーを用いて明らかにしつつあります。そして、Bisulfite法をベースとした１塩基対レベルでのDNAメチル化解析や、ChIP sequence法を用いたゲノム修飾の変化を通して、これまで観察してきた幹細胞や前駆細胞の核の形態の特徴や、RNA sequenceによる遺伝子発現パターンの差にどのような意味を与えているのか、それが幹細胞分化に具体的にどのような分子機構で影響を与えているのかを明らかにしていっています。
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Clinical Epigenetics 13, Article number: 132 (2021)
Oxygen concentration affects de novo DNA methylation and transcription in in vitro cultured oocytes.
Florence Naillat, Heba Saadeh, Joanna Nowacka-Woszuk, Lenka Gahurova, Fatima Santos, Shin-ichi Tomizawa & Gavin Kelsey.
Development (2021) 148, dev194605.
Maintenance DNA methylation in pre-meiotic germ cells regulates meiotic prophase by facilitating homologous chromosome pairing.
Takada Y, Yaman-Deveci R, Shirakawa T, Shari J, Tomizawa S, Miura F, Ito T, Ono M, Nakajima K, Koseki Y, Shiotani F, Ishiguro K, Ohbo K, Koseki H.
Development (2021) 148 (8): dev196212.
Tsga8 is required for spermatid morphogenesis and male fertility in mice.
Kobayashi Y, Tomizawa S, Ono M, Kuroha K, Minamizawa K, Natsume K, Dizdarević S, Dočkal I, Tanaka H, Kawagoe T, Seki M, Suzuki Y, Ogonuki N, Inoue K, Matoba S, Anastassiadis K, Mizuki N, Ogura A, Ohbo K.
Dis Model Mech (2019) 12 (11): dmm040139.
Lack of whey acidic protein four disulphide core (WFDC) 2 protease inhibitor causes neonatal death from respiratory failure in mice.
Nakajima K, Ono M, Radović U, Dizdarević S, Tomizawa SI, Kuroha K, Nagamatsu G, Hoshi I, Matsunaga R, Shirakawa T, Kurosawa T, Miyazaki Y, Seki M, Suzuki Y, Koseki H, Nakamura M, Suda T, Ohbo K.
Development 145 (2018)
Kmt2b conveys monovalent and bivalent H3K4me3 in spermatogonial stem cells at germline and embryonic promoters.
Tomizawa S, Kobayashi Y, Shirakawa T, Watanabe K, Mizoguchi K, Hoshi I, Nakajima K, Nakabayashi J, Singh S, Dahl A, Alexopoulou D, Seki M, Suzuki Y, Royo H, Peters AHFM, Anastassiadis K, Stewart AF, Ohbo K
Mol Cell Biol. 37(19): e00082-17 (2017)
EPC1/TIP60-Mediated Histone Acetylation Facilitates Spermiogenesis in Mice.
Dong Y, Isono KI, Ohbo K, Endo TA, Ohara O, Maekawa M, Toyama Y, Ito C, Toshimori K, Helin K, Ogonuki N, Inoue K, Ogura A, Yamagata K, Kitabayashi I, Koseki H.
Epigenetics & Chromatin 10: 25-44 (2017)
Transcription and chromatin determinants of de novo DNA methylation timing in oocytes
Gahurova L*, Tomizawa S*, Smallwood SA, Stewart-Morgan KR, Saadeh H, Kim J, Andrews S, Chen T, Kelsey G *Contributed equally
GENES & DEVELOPMENT 29(23):2449-2462 (2015)
Dynamic changes in histone modifications precede de novo DNA methylation in oocytes
Kathleen R. Stewart, Lenka Veselovska, Jeesun Kim, Jiahao Huang, Heba Saadeh, Shin-ichi Tomizawa, Sébastien A. Smallwood, Taiping Chen, and Gavin Kelsey
Genome Biology 16: 209-215 (2015)
Deep sequencing and de novo assembly of the mouse oocyte transcriptome define the contribution of transcription to the DNA methylation landscape.
Lenka Veselovska, Sebastien A. Smallwood, ... Shin-ichi Tomizawa4, Simon Andrews and Gavin Kelsey*
BioMol Concepts 6(1): 1–9 2015
Epigenetic regulation in stem cell development, cell fate conversion, and reprogramming.
Kazuyuki Ohbo and Shin-ichi Tomizawa
BMC Genomics 16:624-40 2015
DNA methylation and gene expression dynamics during spermatogonial stem cell differentiation in the early postnatal mouse testis.
Naoki Kubo, ……., Takayuki Shirakawa, Hidetoshi Sone, Yasuyuki Sato, Shin-ichi Tomizawa, Kazuyuki Ohbo
Biological Research. 48:48-62 2015
Inhibition of Rho-associated kinases disturbs the collective cell migration of stratified TE-10 cells.
Taro Mikami, Keiichiro Yoshida, Hajime Sawada, Michiyo Esaki, Kazunori Yasumura and Michio Ono
Dev Cell., 34: 1-12 2015
The RNA binding protein Nanos2 organizes a post-transcriptional buffering system to retain primitive state of mouse spermatogonial stem cells.
Zhou, Z., Shirakawa, T., Ohbo, K., Sada, A., Wu, Q., Hasegawa, K., Saba, R. and Saga, Y.
Curr. Pathobiol. Rep., 2:1-9 2014
Stem Cell Epigenetics: Insights from Studies on Embryonic, Induced Pluripotent, and Germline Stem Cells.
Shin-ichi Tomizawa, Takayuki Shirakawa, Kazuyuki Ohbo
Development, 140:3565-3576. 2013
An epigenetic checkpoint controls the transition from a stem cell pool to a progenitor cell state in mouse male germ cells.
Shirakawa T., Yaman-Deveci R., Tomizawa S., Kamizato Y., Nakajima K., at.,al.
Cell Biochem. Func 30(1), 33-40 2012
Plasmodium induced by SU6656, an Src family kinase inhibitor, is accompanied by a contractile ring defect.
Yoshida K, Ono M, Bito H, Mikami T, Sawada H
The International journal of developmental biology 56 867-875 2012
DNA methylation establishment during oocyte growth: mechanisms and significance.
Tomizawa S, Nowacka-Woszuk J, Kelsey G
Nature genetics 43 811-814 2011
Dynamic CpG island methylation landscape in oocytes and preimplantation embryos.
Smallwood SA, Tomizawa S, Krueger F, Ruf N, Carli N, Segonds-Pichon A, Sato S, Hata K, Andrews SR, Kelsey G
Development, 138:4207-4217. 2011
HP1γ links histone methylation marks to meiotic synapsis in mice.
Takada Y., Naruse C., Costa Y., Shirakawa S., Tachibana M., Sharif J., Kezuka-Shiotani F., Kakiuchi D., Masumoto H., Shinkai Y., Ohbo K., Peters A. H.F.M., Turner J. M.A., Asano M. and Koseki K.
Development 138 811-820 2011
Dynamic stage-specific changes in imprinted differentially methylated regions during early mammalian development and prevalence of non-CpG methylation in oocytes.
Tomizawa S, Kobayashi H, Watanabe T, Andrews S, Hata K, Kelsey G, Sasaki H
Science 332 848-852 2011.
Role for piRNAs and noncoding RNA in de novo DNA methylation of the imprinted mouse Rasgrf1 locus.
Watanabe T, Tomizawa S, Mitsuya K, Totoki Y, Yamamoto Y, Kuramochi-Miyagawa S, Iida N, Hoki Y, Murphy PJ, Toyoda A, Gotoh K, Hiura H, Arima T, Fujiyama A, Sado T, Shibata T, Nakano T, Lin H, Ichiyanagi K, Soloway PD, Sasaki H
Epigenetics & Chromatin 2:5, 2009.
The histone3 lysine 4 methyltransferase, Mll2, is only required briefly in development and spermatogenesis.
Glaser S., Lubitz S., Loveland KL., Ohbo K., Robb L., Schwenk F., Seibler J., Roellig D, Kranz A., Anastassiadis K. and Stewart AF.
Mol Cell Biol. 26:8498-506. 2006.
A CTX family cell adhesion molecule, JAM4, is expressed in stem cell and progenitor cell populations of both male germ cell and hematopoietic cell lineages.
Nagamatsu G, Ohmura M, Mizukami T, Hamaguchi I, Hirabayashi S, Yoshida S, Hata Y, Suda T, and Ohbo K.
Development, 133:1495-1505. 2006.
The first round of mouse spermatogenesis lacks the stem cell stage.
Yoshida S, Sukeno, M, Nakagawa T, Ohbo K, Nagamatsu G, Suda T. and Nabeshima Y-I.
大保 和之
富澤 信一
尾野 道男
黒羽 一誠
大保 和之
富澤 信一
尾野 道男
黒羽 一誠
中島 久仁子
星 郁栄
小林 裕貴
南澤 恵佑
林 亜葵
Ivana Dockal
Monika Šafhauzer
藤澤 賢太郎
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夏目 幸治
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溝口 敬太
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Uros Radvic
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Selma Dizdarevic
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前川 友紀
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星 美希
精巣の細胞は体外での幹細胞の長期培養、幹細胞活性を測定するための精細管移植法なども樹立されており、組織学的検索も完成されており、様々な解析手法からアプローチできる細胞系譜です。これらのメリットを生かして研究を行っています。他の教室であまり行われていない手法として、電子顕微鏡、超解像顕微鏡を用いて超解像度の解析も行っています。
- ゲノム修飾（エピジェネティクス）による幹細胞の運命決定制御機構の解析
- 幹細胞の増殖制御とニッチ形成機構の解明
- 肺上皮障害の発症機構の解析
研究室見学、大学院入学など、当研究室に関するお問い合わせは
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アウトライン
| 教室名 | 横浜市立大学医学部組織学 |
|---|---|
| 住所 | 横浜市金沢区福浦３−９ |
| 教授 | 大保 和之 |
| 専門 | 解剖学、組織学、エピジェネティクス、生殖細胞、細胞生物学など |
| 技術 | 電子顕微鏡、超解像度顕微鏡、遺伝子解析など |
| 教室員 | 教員４名、職員等４名 |