Transient Nuclear Softening for Zygotic Gene Activation in Mice
Masahito Tanaka, Rin Sakanoue#, Yasuki Miyagawa#, Kai Otsuka, Yoshiaki Kobayashi, Atsushi Takasu, Ryunosuke Mori, Naoko Watanabe, Akihiro Inoue, Koyo Ikeda, Yu-Chia Chen, Aussie Suzuki, Yasuyuki
Ohkawa, So Maezawa, Hiroshi Ochiai, Kei Miyamoto, Yuta Shimamoto
Nature DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-026-11240-w
プレスリリース
情報・システム研究機構 国立遺伝学研究所の田中真仁 助教、島本勇太 准教授、九州大学大学院 農学研究院の宮本圭 教授らの研究グループは、マウス初期胚の発生過程において核が一時的に軟らかくなり、この軟らかさが発生に不可欠な胚性ゲノム活性化（ZGA; Zygotic Gene Activation）(1) に重要であることを明らかにしました。
卵子は受精を経て胚となり、劇的な変化を遂げながら発生を進めます。動物発生の鍵を握る様々な現象が胚の内部で起こり、それらの多くが、遺伝子発現を適切に制御することで実現されていることが知られていました。一方、DNAを格納する細胞内の容器であり、遺伝子発現の場となる核自体の性質については理解が不十分でした。本共同研究グループは、核の物理的な性質に着目し、胚発生への関与を調べました。
具体的には、本グループが独自に開発した極細ガラス管（ナノキャピラリー）を用いて、生きたマウス初期胚の中で核を捕捉し、その物性を直接計測することに成功しました。これにより、受精卵が一回分裂した後の２細胞期(2)と呼ばれる重要な発生の時期に、軟らかく、可塑的(3)に変形した核がつくられることを発見しました。また、核がこの特殊な物性を獲得するには、核の構造を支えるラミンB1タンパク質がオートファジー因子LC3を介して核膜から除去されることが必要であることが示されました。また、２細胞期に起こる大規模なゲノム活性化と核の硬さとの関係を調べたところ、核が軟らかくなることがこのイベントの促進に必要であることが示されました。さらに、高解像の顕微鏡を使うことで、遺伝子の核内位置が核の軟らかさによって変化することも示し、核の軟らかさの調節を通じて発生における一連のイベントが完遂していることを明らかにしました。加えて、これらの証明の過程で、核の硬さを人工的に制御できる新たな分子デバイスの開発にも成功しています。
本成果は、核の硬さが一時的に弱まることで初期胚発生を支えるという新たな概念を提唱するとともに、DNAの格納容器の物理的性質が遺伝子発現の調節を担うことを示したものです。今後、その詳細な分子機構を明らかにすることで、初期胚発生のみならず、細胞生物学における新たな研究領域の展開が期待されます。
島本准教授のコメント
受精卵がどのようにして新しい命のプログラムを開始するのか。その問いは深遠であり、メカニズムの解明は将来的に医療への貢献にもつながる可能性があります。 今回の研究では、私たちの研究室が培ってきた生物物理学の専門性を発生生物学に融合した独自のアプローチによって、これまで知られていなかった現象の発見に至りました。 この研究をきっかけに、サイエンスのさまざまな分野で新しい研究の芽が生まれることを期待しております。
図1：核の一時的な軟化による胚性ゲノム活性化と胚発生の促進
用語説明
(1) 胚性ゲノム活性化（Zygotic Gene Activation/Zygotic Genome Activation/ZGA）
受精によって作出された胚から、数千におよぶ遺伝子がほぼ同時期に活性化される現象。マウスでは受精
後の２細胞期に大規模なZGA が起こり、胚がその後の発生を進めるために必要な多くの遺伝子が働き始
める。ZGA の時期に活性化される遺伝子（群）をZGA 遺伝子という。
(2) ２細胞期
受精した卵が最初の細胞分裂を終え、１つの細胞から２つの細胞になった発生ステージ。マウスでは、この
時期に母性から胚性へのプログラム転換が起こる。
(3) 可塑的
力を加えて変形させた後、力を取り除いても完全には元の形に戻らず、変形した形が残る性質（例：メモリ
ーフォーム、低反発まくら）。弾性を失った状態。本研究では、核を引き伸ばした後に元の形に戻りにくい状
態を「可塑的」と表現している。