H3K9 デメチラーゼ JMJD1A と JMJD1B はマウス生殖細胞におけるプロスペルマトゴニアから精子母細胞への移行を制御している

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Stem Cell Reports.2020 Jun;S2213-6711(20)30234-4. doi: 10.1016/j.stemcr.2020.06.013.Epub 2020-06-28.

H3K9 デメチラーゼ JMJD1A と JMJD1B はマウス生殖細胞におけるプロスペルマトゴニアから精子母細胞への移行を制御している

H3K9 Demethylases JMJD1A and JMJD1B Control Prospermatogonia to Spermatogonia Transition in Mouse Germline.

Shunsuke Kuroki
Ryo Maeda
Masashi Yano
Satsuki Kitano
Hitoshi Miyachi
Mikiko Fukuda
Yoichi Shinkai
Makoto Tachibana

PMID: 32679061 DOI: 10.1016/j.stemcr.2020.06.013.

抄録

ヒストンH3リジン9（H3K9）のメチル化は、メチルトランスフェラーゼとデメチラーゼによって動的に制御されている。精子形成において、プロスペルマトゴニアは出生後、分化する精子と分化しない精子に分化する。しかし、前駆体から造精体への移行のエピジェネティックな制御については、ほとんど知られていない。その結果、周産期のプロスペルマトゴニアでは、ジメチル化H3K9（H3K9me2）の量が極めて少なく、H3K9脱メチル化酵素JMJD1AとJMJD1BがH3K9me2の脱メチル化を触媒していることを明らかにした。JMJD1AとJMJD1Bを欠損させると、思春期以降に男性生殖細胞が完全に消失することから、男性生殖細胞の維持にはH3K9me2の脱メチル化が必須であることが示唆された。JMJD1A/JMJD1B欠損生殖細胞は機能的な精巣に分化することができなかった。また、JMJD1A/JMJD1Bを欠損した生殖細胞は、機能的な精子母細胞への分化には至らなかったが、JMJD1A/JMJD1Bを欠損した生殖細胞は、機能的な精子母細胞への分化には至らず、機能的な精子母細胞への分化には至らなかった。以上のことから、JMJD1A/JMJD1BによるH3K9me2の脱メチル化は、適切な遺伝子発現プロファイルを確立することで、精巣の機能的な精巣への分化を促進していることがわかった。

Histone H3 lysine 9 (H3K9) methylation is dynamically regulated by methyltransferases and demethylases. In spermatogenesis, prospermatogonia differentiate into differentiating or undifferentiated spermatogonia after birth. However, the epigenetic regulation of prospermatogonia to spermatogonia transition is largely unknown. We found that perinatal prospermatogonia have extremely low levels of di-methylated H3K9 (H3K9me2) and that H3K9 demethylases, JMJD1A and JMJD1B, catalyze H3K9me2 demethylation in perinatal prospermatogonia. Depletion of JMJD1A and JMJD1B in the embryonic germline resulted in complete loss of male germ cells after puberty, indicating that H3K9me2 demethylation is essential for male germline maintenance. JMJD1A/JMJD1B-depleted germ cells were unable to differentiate into functional spermatogonia. JMJD1 isozymes contributed to activation of several spermatogonial stem cell maintenance genes through H3K9 demethylation during the prospermatogonia to spermatogonia transition, which we propose is key for spermatogonia development. In summary, JMJD1A/JMJD1B-mediated H3K9me2 demethylation promotes prospermatogonia to differentiate into functional spermatogonia by establishing proper gene expression profiles.