染色体制御学講座【研究プロジェクト名および概要】
染色体制御講座では、生殖細胞における減数分裂のメカニズムについて研究を推進する。内容的には高齢出産、少子化の観点で、医学分野のみならず社会的にも強くアピールできる研究課題である。

Ⅰ. 減数分裂誘導の分子機構
体細胞分裂と減数分裂の違いを生み出す本質的なメカニズムの解明は未だ不明な点が多く国際的にも攻め倦んでいる。最近我々はマウス生殖細胞より、体細胞分裂から減数分裂への切替えに決定的な役割を果たす新規の転写因子 MEIOSIN を同定した(Dev Cell 2020)。これにより減数分裂開始の機構を世界に先駆けて解明し、国際的にも圧倒的に有利な状況で研究を推進している。MEIOSIN のターゲットとなる遺伝子には未解析のものが多くあり、減数分裂において重要な役割をしている可能性がある(Cell rep 2020, Nature Commun2021, iScience 2022)。そこでこれらの遺伝子の機能についてゲノム編集などを駆使してさらに解析を進めている。

Ⅱ. 減数分裂における染色体構造
当講座ではマウス生殖細胞クロマチン画分からの質量分析スクリーニングにより、卵巣・精巣で特異的な発現を示す新規の染色体因子を同定している。コヒーシン RAD21L の同定 (EMBO rep. 2011)とコヒーシンによる相同染色体対合を制御するメカニズムの解明(Genes&Dev.2014, PLOS Genet 2020)、減数第一分裂に特異的な動原体タンパク質 MEIKIN の発見 (Nature 2015)などで、ダウン症や流産などで見られる染色体異常や、不妊不育の原因を理解する上で極めて重要な示唆を与える研究を展開している。

Ⅲ. 減数分裂における細胞周期制御
生殖細胞は通常の体細胞と同様の細胞周期の機構を転用しながらも、染色体構造に減数分裂特異性が与えられるようにプログラムされている。この細胞周期の調節は減数分裂仕様に大幅に特殊化されているが、この分子機構はほとんど理解されていない。体細胞で見られる細胞周期調節が染色体の動態に決定的な役割を果たしていることからも明白であるように、減数分裂における細胞周期調節の観点から染色体制御を理解することが重要となろう。本研究では、細胞周期の進行に重要とされるユビキチンリガーゼ複合体の減数分裂の素過程における働きを酵素・基質・調節の観点から研究する(Scientific Rep. 2020, iScience 2021)。
【研究者および大学院生】
教授

メールアドレス
石黒啓一郎

ishiguro@kumamoto-u.ac.jp

講師

菊池 浩二

kojik@kumamoto-u.ac.jp

助教

島田 龍輝

ryu_shimada@kumamoto-u.ac.jp

特任助教

阿部洋典

技術支援者

福田恵

大学院生 （博士課程）

吉村 早織

大学院生 （博士課程）

飯阪早希絵【連絡先】Tel: 096-373-6606, 6607
Fax: 096-373-6609
発生医学研究所 3 階【ホームページ】http://www.imeg.kumamoto-u.ac.jp/bunya_top/chromosome-biology/【特殊技術・特殊装置】
１. 組換え DNA 技術
２. タンパク質間の相互作用の解析技術
３. 核酸とタンパク質の生化学解析の技術

303 室

４. バイオイメージング技術
５. 遺伝子発現およびクロマチン構造の解析技術
６. 細胞培養技術

７.

遺伝子改変マウス解析技術

８.

抗体作製技術【英文原著】
1. #Alavattam KG, #Esparza JM, #Hu M, #Shimada R, Kohrs AR, Abe H, Munakata Y, Otsuka K,
Yoshimura S, Kitamura Y, Yeh YH, Hu YC, Kim J, Andreassen PR, ※Ishiguro K, ※Namekawa SH.
(# Equally contributed, ※co-corresponding) : ATF7IP2/MCAF2 directs H3K9 methylation and meiotic
gene regulation in the male germline. Genes & Development 38 (3-4) (2024)
2. Akiyama T, Ishiguro K, Chikazawa N, Ko SBH, Yukawa M, Ko MSH : ZSCAN4-binding motif- TGCACAC is conserved and enriched in CA/TG microsatellites in both mouse and humangenomes. DNA Research 31(1), dsad029 (2024)
3. Yoshimura S, Shimada R, Kikuchi K, Kawagoe S, Abe H, Iisaka S, Fujimura S,Yasunaga K, Usuki S, Tani N, Ohba T, Kondoh E, Saio T, Araki K, ※Ishiguro K : Atypical heatshock transcription factor HSF5 is critical for male meiotic prophase under non-stress conditions.
bioRxiv (2023)
4. Shimada R, Kato Y, Takeda N, Fujimura S, Yasunaga K, Usuki S, Niwa H, Araki K,※Ishiguro K : Coordination of meiosis initiation and S phase progression in mouse female germ cells.
Nature Communications :14, 6443 (2023)
5. Kuwayama N, Kujirai T, Kishi Y, Hirano R, Echigoya K, Watanabe S,Nakao M, Suzuki Y, Ishiguro K, Kurumizaka H, Gotoh Y: HMGA2 directly mediates chromatincondensation in association with neuronal fate regulation. Nature Communications in press (2023)
6. Mwalilino L, Yamane M, Ishiguro K, Usuki S, Endoh M, Niwa H : The Role of Zfp352
in the regulation of transient expression of 2-cell specific genes in mouse embryonicstem cells. Genes Cells. 13070 (2023)
7. Ishihara T, Fenelon J, Griffith O, Ishiguro K, Renfree M : Conserved H3K27me3-associatedchromatin remodeling allows STRA8 but not MEIOSIN expression in mammaliangerm cells. Reproduction 165, 507-520 (2023)
8. Frey T, Murakami T, Maki K, Kawaue T, Tani N, Sugai A, Nakazawa
N, Ishiguro K, Adachi T, Kengaku M, Ohki K, Gotoh Y, Kishi Y : Age-associated reduction of nuclear
shape dynamics in excitatory neurons of the visual cortex. Aging Cell. e13925. (2023)
9. Abe H, Yeh YH, Munakata Y, Ishiguro K, Andreassen P, Namekawa SH : Active DNA
damage response signaling initiates and maintains meiotic sex chromosome inactivation.
Nature Communications 13(1):7212. (2022)
10. Tani N, Tanno N, ※Ishiguro K : Tandem immuno-purification ofaffinity-tagged proteins from mouse testis extracts for MS analysis. STAR Protocols 3(2), 10145 (2022)
11. Ito T, Ohta M, Osada A, Nishiyama A, Ishiguro K, Tamura T, SekitaY, Kimura T. : Switching defective/sucrose non-fermenting chromatin remodeling complex
coordinates meiotic gene activation via promoter remodeling and Meiosin activationin female germline. Genes Cells. 28(1) 15-28 (2022)
12. Sano H, Nakamura A, Yamane M, Niwa H,
Nishimura T, Araki K, Takemoto K, Ishiguro K, Aoki H, Kato Y, Kojima M : The polyol pathway is anevolutionarily conserved system for sensing glucose uptake. PLOS Biology 20(6) e3001678 : (2022)
13. Oura S, Hino T, Satoh T, Noda T, Koyano T, Isotani A, Matsuyama M, Akira S, Ishiguro K, Ikawa
M : Trim41 is required to regulate chromosome axis protein dynamics and meiosis in male mice.
PLOS Genetics 18(6): e1010241. (2022)
14. Hirano K, Nonami Y, Nakamura Y, Sato T, Sato T, Ishiguro K, Ogawa T,Yoshida S. : Temperature sensitivity of DNA double-strand break repair underpins heat-induced
meiotic failure in mouse spermatogenesis. Communications Biology 5, 504. (2022)
15. Saito Y, Santosa V, Ishiguro K, Kanemaki M :MCMBP promotes the assembly of the MCM2–7 hetero-hexamer to ensure robust DNA replicationin human cells. eLife 11, e77393 (2022)
16. Kikuchi K, Sakamoto Y, Uezu A, Yamamoto H, Ishiguro K, Shimamura K, Saito T, Hisanaga S,Nakanishi H. : Map7D2 and Map7D1 facilitate microtubule stabilization through distinct
mechanisms to control cell motility and neurite outgrowth. Life Science Alliance 5 (8), e202201390(2022)

17. Tanno N, Takemoto K, Takada-Horisawa Y, Shimada R., Fujimura S, Tani N., Takeda N., Araki K,※Ishiguro K : FBXO47 is essential for preventing the synaptonemal
complex from premature disassembly in mouse male meiosis. iScience 25 (4), 104008 (2022)
18. Takeda I, Araki M, Ishiguro K, Ohga T, Takada K, Yamaguchi Y, Hashimoto K, Kai T, Yoshinobu K,
Nakagata N, Imasaka
M, Araki K. : Gene trapping reveals a new transcriptionally active genome element: the chromosome-sp
ecific clustered trap region. Genes Cells. 26, 874-890 (2021)
19. Horisawa-Takada Y, Kodera C, Takemoto K, Sakashita A, Horisawa K,Maeda R, Shimada R, Usuki S, Fujimura S, Tani N, Matsuura K, Akiyama T, Suzuki A,Niwa H, Tachibana M, Ohba T, Katabuchi H, Namekawa S, Araki K, ※Ishiguro K. : Meiosis-specific
ZFP541 repressor complex promotes developmental progression ofmeiotic prophase towards completion during mouse spermatogenesis. Nature Communications 12,3184: (2021)
20. 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. : Maintenance DNA methylationin pre-meioticgerm cells regulates meiotic prophase by facilitating homologous chromosome pairing.
Development 148(10):dev194605. (2021)
21. Oura S, Koyano T, Kodera C, Takada Y, Matsuyama M, Ishiguro K, Ikawa M.: KCTD19 andits associated protein ZFP541 are independently essential for meiosis in male mice.
PLOS Genetics17(5): e1009412 (2021)
22. Imai Y, SaitoK, Takemoto K, Velilla F, Kawasaki T, Ishiguro K, Sakai N: Sycp1 is not required for
subtelomeric DNA double-strand breaks but is required for homologous alignment in zebrafish
spermatocytes. Front. Cell Dev. Biol. 9, 664377(2021)
23. Fujiwara Y, Horisawa-Takada Y, Inoue E, Tani N, Shibuya H, Fujimura S, Kariyazono R, Sakata T,Ohta K, Araki K, Okada Y, ※Ishiguro K : Meiotic
cohesins mediate initial loading of HORMAD1 to the chromosomes and coordinate SC formation
during meiotic prophase. PLOS Genetics 16(9): e1009048. (2020)
24. Nakatake Y, Ko BHS, Sharov A, Wakabayashi S, Murakami M, Sakota M, Chikazawa N,
Ookura C, Sato S, Ito N, Ishikawa-Hirayama M, Mak SS, Jakt LM, Ueno T, Hiratsuka K, Matsushita
M, Goparaju SK, Akiyama T, Ishiguro K, Oda M, Gouda N, Umezawa A, Akutsu H, Nishimura K,Matoba R, Ohara O, *Ko MSH : Generation and profiling of 2,135 human ESC lines for the systematicanalyses of cell states perturbed by inducing single transcription factors. Cell Reports 31, 107655(2020)
25. Tanno N, Kuninaka S, Fujimura S, Takemoto K, Okamura K, Takeda N, Araki K, Araki M, Saya H,※Ishiguro K Phosphorylation of the Anaphase Promoting Complex activator FZR1/ CDH1
is required for Meiosis II entry in mouse male germ cell. Scientific Reports10 10094 (2020)
26. Takemoto K, Tani N, Takada Y, Fujimura S, Tanno N, Yamane M, Okamura K, Sugimoto M, Araki K,※Ishiguro K : Meiosis-specific C19orf57/4930432K21Rik/ BRME1 modulates localizationof RAD51 and DMC1 to DSBs in mouse meiotic recombination. Cell Reports 31, 107686 (2020)
27. ※Ishiguro K (Corresponding), 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)
28. Takemoto K., Imai Y., Saito K., Kawasaki T., Carlton M.P., Ishiguro K, Sakai N. : Sycp2 is essential forsynaptonemal complex assembly, early meiotic recombination and homologous pairing in zebrafish
spermatocytes. PLOS Genetics16(2): e1008640. (2020)【英文総説】
1. Shimada R., ※Ishiguro K : Cell cycle regulation for meiosis in mammalian germ cells. Journalof Reproduction and Development 69 (3) 139-146 (2023)
2. ※Ishiguro K. : Mechanism of initiation of meiosis in mouse germ cells
Current Topics in Developmental Biology 151, 1-26 (2023)
3. ※Ishiguro K. : Sexually dimorphic properties in meiotic chromosome. Sexual Development 1-11 (2022)
doi:10.1159/000520682

4. Yamanaka S, Namekawa S, Ishiguro K. : Editorial: Regulatory mechanisms of gene expression,
chromatin structure and nuclear dynamics in gametogenesis. Front Cell Dev Biol. 10, 995650 (2022)
5. ※Ishiguro K, Shimada R. : MEIOSIN directs initiation of meiosis and subsequent
meiotic prophase programs during spermatogenesis. Genes and Genetic Systems 97(1), 27-39 (2022)【和文総説】
1. 石黒啓一郎 概論:生殖可能ライフスパン研究の最前線 - 不妊の原因解明に挑む生殖細胞研究
羊土社 実験医学 2024 年 2 月号(3) 376-381
2. 島田龍輝, 石黒啓一郎
減数分裂開始の制御機構とその雌雄性差
羊土社 実験医学 2024 年 2 月号(3) 389-397

3. 石黒啓一郎 減数分裂型の細胞周期と染色体制御 ニューサイエンス社 月刊「細胞」1 月号特集 生殖細胞を作る 55(1) 41-59, 2023
4. 石黒啓一郎 減数分裂における染色体構造の確立 ニューサイエンス社 月刊「細胞」10 月号 DNA の物性から理解するゲノムモダリティ 54(11) 48-54, 2022
5. 石黒啓一郎 減数分裂プログラムの制御における雌雄性差 日本内分泌学会誌 27,28-32 2022
6. 石黒啓一郎 減数分裂型の染色体構造についての動物と植物との対比と共通性 アグリバイ
オ 6(5)64-70, 2022
7. 石黒啓一郎 減数分裂のメカニズムと不妊との関連 日本受精着床学会誌 39(1) 1-9, 2022
8. 石黒啓一郎 減数分裂開始の分子機構 Hormone Frontier in Gynecology メディカルレビュー社
29(1) 11-17, 2022
9. 石黒啓一郎,高田幸, 島田龍輝, 竹本一政, 小寺千聡, 丹野修宏, 江嵜綾乃, 荒木喜美 精巣の減数第一分裂でエピゲノムの解消に働く ZFP541-KCTD19 転写抑制複合体 Precision Medicine 7月臨時増刊号 シングルセル解析の新たな可能性 4(8)71-76, 2021
10. 丹野修宏, 竹本一政, 高田幸, 石黒啓一郎
ゲノムデータベースに眠る生殖細胞関連遺伝子の同定とその疾患モデル動物の解析 BIO Clinica 5 月号 疾患ゲノム研究の最前線 36(5),85-90, 2021
11. 石黒啓一郎 減数分裂開始因子 MEIOSIN とその標的遺伝子の変異による不妊
北隆館 BIO Clinica 2 月号 36(2) 60-65 2021
12. 石 黒 啓 一 郎 不 妊 の 原 因 に 関 わ る 新 規 遺 伝 子 MEIOSIN 週 刊 医 学 の あ ゆ み vol.275,
No.7,824-825 2020.11.14
13. 石黒啓一郎 体細胞分裂から減数分裂へのスイッチ機構 ニューサイエンス社 月刊「細胞」
8 月号 : 52(9),16-19, 2020.
14. 石黒啓一郎 生殖細胞の運命決定 ―体細胞分裂から減数分裂への細胞周期の切替え 羊土社
実験医学５月号 カレントトピックス, 38(8)1369-1373: 2020.
15. 石黒啓一郎 体細胞分裂と減数分裂における染色体・クロマチン構造の違い ニューサイエンス社 月刊「細胞」5 月増刊号 Topics from special edition : 52(4),32-37, 2020.