横浜市立大学 大学院医学研究科・医学部 組織学教室
JP EN
Epigenetics Chromatin and Histone DNA Architecture
Epigenetics & Stem Cell Fate

エピジェネティクスによる幹細胞運命決定・維持制御機構の解明

High-performance optical microscope objective lenses
Histological Imaging

高性能光学顕微鏡による組織形態・細胞微細構造の高解像度解析

Super-resolution microscope observation
Advanced Bioimaging

超解像レーザー顕微鏡(STED)による核内高次微細形態解析

Next generation sequencer genomics data and bioinformatics analysis
Genomics & Bioinformatics

次世代シークエンサーによる網羅的エピゲノム・遺伝子発現解析

Ultra-microtome diamond knife sectioning
Ultra-Microtomy

ダイヤモンドナイフによる超薄切片作製とナノスケール電顕解析

Transmission electron microscope observation
Electron Microscopy

透過型電子顕微鏡(TEM)による細胞内超微細構造解析

Stem cell cultures
Stem Cell Biology

精原幹細胞の長期体外培養(GS細胞)と多分化能・ステムネス維持

Molecular biology markers and antibodies
Molecular Markers

生殖細胞特異的マーカー解析と分子機能スクリーニング

Making sample for sorting
Cell Purification

セルソーターによる高純度幹細胞分画の精製と分子生物学的解析

Time lapse observation
Live Dynamics

高感度蛍光顕微鏡を用いた生細胞タイムラプス動態追跡

研究内容の紹介

エピジェネティクスの精密な分子基盤の探究から、生殖細胞発生・不妊・環境要因の影響解明まで、多階層な研究を展開しています。

エピジェネティックな仕組みによる遺伝子発現制御機構

真核生物のゲノムDNAは、ヒストンと呼ばれるタンパク質に巻き付いた「ヌクレオソーム」を基本単位とするクロマチン構造を形成しています。

このDNAやヒストンに対する化学修飾(DNAメチル化やヒストンメチル化・アセチル化など)は、DNAの塩基配列そのものを変えることなく、遺伝子のON/OFFを精密に制御しています。この現象は「エピジェネティクス」と呼ばれ、細胞が分化し固有の性質を維持するために不可欠なシステムです。

当研究室では、これらの修飾がどのような分子機構によって書き込まれ、読み取られ、あるいは消去されるのか、そしてそれがクロマチン構造の変化や転写制御にどう結びついているのかを詳細に解析しています。

DNAメチル化・ヒストン化学修飾によるクロマチン高次構造の動態制御
エピゲノム制御因子(Writer / Reader / Eraser)による転写ON/OFFスイッチング
ゲノム配列変化を伴わない、細胞分化・運命決定の分子基盤の解明
エピジェネティックな仕組みによる遺伝子発現制御機構モデル図
クロマチン凝縮・弛緩とヒストン・DNA修飾による転写制御モデル

不妊や発生異常の分子メカニズム

エピジェネティックな調節機構の破綻は、発生異常やさまざまな疾患の引き金となります。特に、次世代へと遺伝情報を継承する「生殖細胞(精子や卵子)」の形成過程や初期胚の発生においては、大規模なエピゲノムのリプログラミング(再構成)が行われます。

このリプログラミング機構の異常は、配偶子形成不全による不妊症や、受精後の初期胚致死などの重篤な発生異常に直結します。

私たちは、モデル動物(マウス等)や生殖細胞系列を用いて、エピゲノム関連因子の機能不全がなぜ精子形成不全や不妊、受精卵の発生停止を引き起こすのか、その分子病態の解明を目指しています。

生殖細胞(精子・卵子)における大規模エピゲノムリプログラミングの追跡
エピゲノム修飾因子の機能不全による精子形成停止・配偶子形成不全の解析
初期胚発生異常や不妊症の根本原因となる分子カスケードの同定
不妊や発生異常の分子メカニズムモデル図
精子形成・配偶子形成におけるエピゲノム再構成と不妊・発生停止の病態モデル

環境変化によるエピゲノム異常と細胞分化への影響

エピゲノム修飾は強固に維持される一方で、栄養状態、温度、化学物質への暴露、ストレスといった「外部環境の変動」に敏感に応答するという特徴を持っています。

環境ストレスによって引き起こされたエピゲノム異常は、幹細胞の自己複製能や正常な細胞分化のバランスを狂わせ、組織の恒常性を損なう原因となります。さらに、生殖細胞系列で生じたエピゲノムの変化は、世代を超えて子孫の健康や形質に影響を及ぼす可能性も注目されています。

私たちは、多様な環境要因が細胞内のシグナル伝達を介してどのようにエピゲノムを変化させ、細胞分化の異常や疾患リスクへと繋がるのかを探究しています。

栄養・化学物質・温度・ストレス等の環境要因に応答するエピゲノム変容の解明
幹細胞の分化異常・自己複製能破綻による組織恒常性喪失メカニズムの特定
生殖細胞系列を介した世代間エピゲノム継承(トランスジェネレーショナル影響)の検証
環境変化によるエピゲノム異常と細胞分化への影響モデル図
外部環境ストレスから細胞内シグナル・エピゲノム変容、分化異常へのパスウェイ

発表論文

当教室から発信された代表的な学術論文の一覧です。カードに触れるか「要約を読む」ボタンで解説をご覧いただけます。

2024 – 2025

論文の要約

停留精巣モデルにおいて、未分化精原幹細胞でH3K27me3脱メチル化酵素KDM6A/Bが増加し、抑制性修飾H3K27me3の局所的破綻が生じることを発見。これによりアポトーシスや発生関連遺伝子が不適切に活性化され、精原細胞の変性と無精子症が引き起こされるエピジェネティクス分子機構を解明しました。

✦ 停留精巣による精子形成不全の原因がエピゲノム異常にあることを特定
Development 2025 cover thumbnail
Development (2025)

Abnormal H3K27me3 underlies degenerative spermatogonial stem cells in cryptorchid testis.

Kazushige Kuroha, Ivana Dočkal, Uroš Radović, Kuniko Nakajima, Ikue Hoshi, Shion Matsuda, Noriko Kojitani, Kazuyuki Ohbo, Shin-ichi Tomizawa

論文の要約

マウス精巣の生後発達から成熟期にかけ、BMPシグナルを調節するSPARCファミリー分子Smoc1およびSmoc2の時空間的発現動態を網羅的に解析。生後精巣の体細胞ニッチおよび生殖細胞における微小環境シグナル制御機構の基盤を明らかにしました。

✦ 精巣の生後発達における新規BMPシグナル調節因子の局在を世界で初めて同定
Cover Article Gene Expr Patterns 2024 cover thumbnail
Gene Expr Patterns (2024) 54, 119383

Spatial and temporal expression analysis of BMP signal modifiers, Smoc1 and Smoc2, from postnatal to adult developmental stages in the mouse testis.

M Ono, K Nakajima, S Tomizawa, T Shirakawa, I Okada, H Saitsu, N Matsumoto, K Ohbo

論文の要約

精原幹細胞(SSC)において非古典的バイバレント修飾(H3K4me3/H3K27me3)を受ける遺伝子Wfdc15aが、その後の精子変態期においてセリンプロテアーゼ活性と精巣局所の免疫恒常性を精密に制御し、雄性妊孕性を担保する重要因子であることを発見しました。

✦ 幹細胞時代のエピゲノム事前プログラミングが精巣免疫と妊孕性を維持
Development 2024 cover thumbnail
Development (2024) 151(18): dev202834

A non-canonical bivalent gene Wfdc15a controls spermatogenic protease and immune homeostasis.

S. Tomizawa, R. Fellows, M. Ono, K. Kuroha, I. Dockal, Y. Kobayashi, K. Minamizawa, K. Natsume, K. Nakajima, I. Hoshi, S. Matsuda, M. Seki, Y. Suzuki, K. Aoto, H. Saitsu, K. Ohbo

論文の要約

セルトリ細胞から分泌される脳由来神経栄養因子(BDNF)とその受容体TrkBが、精原細胞の生存シグナル伝達と分化誘導の絶妙なバランスを陰ながら支える微小環境因子として機能していることを明らかにしました。

✦ 精巣ニッチにおけるBDNF-TrkBシグナル系の隠れた重要性を解明
Asian Journal of Andrology 2024
Asian J Androl (2024) 26, 1-7

A behind-the-scenes role of BDNF in the survival and differentiation of spermatogonia.

Shin-ichi Tomizawa*, Kazushige Kuroha*, Michio Ono, Kuniko Nakajima, Kazuyuki Ohbo

2019 – 2021

論文の要約

体外培養下における卵母細胞の発育において、培養環境の酸素濃度(低酸素 vs 大気酸素)がde novo DNAメチル化の獲得動態および遺伝子発現パターンに有意な影響を及ぼすことを実証。生殖補助医療におけるエピゲノム維持の重要性を示しました。

✦ 培養酸素濃度の違いが生殖細胞のエピゲノム獲得に影響することを確認
Clinical Epigenetics 2021
Clinical Epigenetics (2021) 13: 132

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

論文の要約

減数分裂前の雄性生殖細胞における維持DNAメチル化因子(Np95/Uhrf1)が、相同染色体間の正確な対合を促進し、減数分裂前期を正常に完遂させるために必須のエピジェネティック制御機構であることを解明しました。

✦ 維持DNAメチル化が減数分裂期の相同染色体対合を直接制御することを発見
Development 2021
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, Sharif J, Tomizawa S, Miura F, Ito T, Ono M, Nakajima K, Koseki Y, Shiotani F, Ishiguro K, Ohbo K, Koseki H.

論文の要約

精子変態および雄性妊孕性に必須の新規精巣特異的遺伝子Tsga8を同定。Tsga8欠損マウスでは精子の頭部形態異常や鞭毛形成不全が生じることから、精子の微細形態形成と受精能獲得にTsga8が直接関与することを突き止めました。

✦ 正常な精子形態形成と男性妊孕性を司る新規遺伝子Tsga8の機能を解明
Development 2021
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.

論文の要約

プロテアーゼインヒビターWFDC2(HE4)のノックアウトマウスを作製し、生直後の呼吸不全と新生児死亡を観察。WFDC2が肺胞上皮の恒常性維持や炎症制御、生体防御に不可欠な役割を果たしていることを医学的に解明しました。

✦ WFDC2欠損が重篤な新生児呼吸不全を引き起こすことを解明(疾患モデル)
Dis Model Mech 2019
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.

2011 – 2018(代表論文抜粋)

論文の要約

ヒストンメチルトランスフェラーゼKmt2bが、精原幹細胞の生殖細胞特異的プロモーターおよび胚発生関連プロモーターにモノバレント・バイバレントなH3K4me3を付加し、精子形成分化能をあらかじめプログラミングする機構を解明しました。

✦ Kmt2bによるヒストン修飾が精原幹細胞の分化ポテンシャルを制御
Development (2018) 145: dev169102

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.

論文の要約

RNA結合タンパク質Nanos2が翻訳後バッファリングシステムを構築し、分化プライミング状態にある精原幹細胞の未分化性(ステムネス)を維持し、枯渇を防ぐ分子機構を明らかにしました。

✦ Nanos2による転写後調節が精巣幹細胞の恒常性維持を保証
Dev Cell (2015) 34: 1-12

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.

論文の要約

幹細胞プールから前駆細胞への移行期に「エピジェネティック・チェックポイント」が存在し、DNAメチル化酵素の発現やヒストン修飾の劇的な変換が、幹細胞活性の不可逆的喪失を厳密に制御していることを世界で初めて発見・提唱しました。

✦ 「幹細胞プール説」と「エピジェネティック・チェックポイント」を初提唱
Development (2013) 140: 3565-3576

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, et al., Ohbo K.

論文の要約

ゲノムインプリンティング遺伝子座(Rasgrf1)において、piRNA経路と長鎖非コードRNAが協調して働き、特定のゲノム領域へ正確にde novo DNAメチル化を誘導する精緻なエピジェネティクス機構を解明しました。

✦ piRNAと非コードRNAによる標的特異的DNAメチル化誘導機構を証明
Science (2011) 332: 848-852

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, et al., Sasaki H.

研究室メンバー

教員、技術員、大学院生が一体となって研究に取り組んでいます。

教員(Faculty)

富澤 信一 講師

富澤 信一

Shin-ichi Tomizawa, Ph.D. 講師 researchmap
尾野 道男 助教

尾野 道男

Michio Ono, Ph.D. 助教 researchmap
黒羽 一誠 助教

黒羽 一誠

Kazushige Kuroha, Ph.D. 助教 researchmap

技術職員(Technical Staff)

中島 久仁子 技術員

中島 久仁子

Kuniko Nakajima 技術員
星 郁栄 技術員

星 郁栄

Ikue Hoshi 技術員

大学院生(Students)

麹谷 典子

麹谷 典子

Noriko Kojitani 博士課程
松田 菜那

松田 菜那

Nana Matsuda 修士課程2年
柏木 悠我

柏木 悠我

Yuga Kashiwagi 修士課程2年

修了・卒業生(Alumni)

退官 大保 和之(2026年3月退官)
博士課程修了 白川 尊行、小林 裕貴
その他(博士課程) 南澤 恵佑、林 亜葵
修士課程修了 松田 志穏、Monika Šafhauzer、Ivana Dočkal、Selma Dizdarević、夏目 幸治、溝口 敬太、Uroš Radović
卒業研究 前川 友紀、渡辺、杉山
リサーチ・クラークシップ 熊谷 凌、藤澤 賢太郎

教室概要・所在

研究室の概要、所在地、ならびにお問い合わせ窓口のご案内です。

教室情報(Overview)

教室名 横浜市立大学 大学院医学研究科・医学部 組織学教室(旧第1解剖)
住所 〒236-0004 神奈川県横浜市金沢区福浦3-9(福浦キャンパス)
教授 ----
専門分野 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
主要技術 超高分解能顕微鏡(STED)、電子顕微鏡(TEM / SEM)、次世代シークエンサー遺伝子・エピゲノム解析(ChIP-seq, RNA-seq, BS-seq, シングルセルマルチオミクス)、幹細胞培養など
教室員数 教員3名、職員等4名、大学院生・学生多数

お問い合わせ・アクセス

研究内容についてのご質問、共同研究のご相談、研究室見学のご希望などは以下までお気軽にご連絡ください。

TEL: 045-787-2567 / FAX: 045-787-2568
最寄駅: 金沢シーサイドライン「市大医学部駅」徒歩1分

研究室見学・大学院入学について

研究室見学や大学院入学のご相談は、いつでもお気軽にお問い合わせください。

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