2026.11.09
精⼦形成を⽀える「ヒストンの使い分け」を解明 ~精巣で働く H3mm15 から⾒えた「ヒストン・サブバーコード」~（マルチオミクス解析分野 原田 哲仁 教授）NEW
- 精⼦形成では遺伝⼦の働きとクロマチン（※1）構造が⼤きく変化します。しかし、互いによ く似たヒストン（※1）がどのように使い分けられ、遺伝⼦発現を調節するのかは分かっていませんでした。
- 精巣で多く発現するヒストンH3.3の近縁型「H3mm15（※2）」が正常な精⼦形成を⽀えることを世界で初めて明らかにし、わずか3か所のアミノ酸の違いがクロマチン上でのヒストンの動きやヌクレオソーム（※1）の安定性を変えることを発見しました。
- 本成果により、近縁なヒストンを使い分ける新たな遺伝⼦調節機構の理解が進み、今後、精⼦形成や⽣殖機能を⽀えるクロマチン制御の解明につながることが期待されます。
九州⼤学 ⽣体防御医学研究所 武千メイ博⼠（当時⼤学院⽣）、大川恭行主幹教授、 同⼤⼤学院医学研究院 原⽥哲仁教授、徳島⼤学先端酵素学研究所 ⽵本⿓也教授らの研究グループ は、東京⼤学、熊本⼤学、千葉⼤学、理化学研究所と共同で、精巣で多く発現するヒストンH3.3のサブバリアント（※3）「H3mm15」が、正常な精⼦形成に関わる遺伝⼦発現とクロマチンの状態を⽀えることを明らかにしました。
DNAは、ヒストンというタンパク質に巻き付いて細胞核内に収納されています。ヒストンには互いによく似た“亜型”が多数ありますが、なぜ存在し、どう使い分けられるのかは分かっていませんでした。
研究グループは、H3mm15を⽋損したマウスで精細管構造の乱れと精⼦運動性の低下を⾒いだし、減数分裂に⼊る時期の細胞で1,259 個の遺伝⼦の発現変化を検出しました。さらに、ゲノム解析やクライオ電⼦顕微鏡解析（※4）（分解能 2.39Å）などから、H3mm15が通常のH3.3とは異なるクロマチン局在・動態・ヌクレオソーム安定性を⽰すことを明らかにしました。
ただし、H3mm15 ヌクレオソームは不安定でも、RNA ポリメラーゼ II（※5）による転写が促進されるわけではありませんでした。ヒストンの役割は、局在・取り込み量・安定性・動態の組み合わせで決まると考えられます。本成果は、近縁なH3.3サブバリアントを使い分ける「ヒストンH3.3サブバーコード」という新しい⾒⽅につながります。
本研究成果は「Nucleic Acids Research」に2026 年11⽉9⽇（⽉）9時1分（⽇本時間）に掲載されました。
研究者からひとこと
私たちが以前⾒つけた H3mm15 は、通常の H3.3 とわずか3か所しかアミノ酸が違いません。今回、 その⼩さな違いがヌクレオソームの性質や細胞内での動き、さらに精⼦形成時の遺伝⼦発現にまでつながることが分かりました。⾮常によく似たヒストンを⽣物があえて使い分けていることに、重要な意味があると考えています。（原⽥哲仁）
私たちの遺伝情報を担う DNA は、そのまま核内に存在するのではなく、ヒストンに巻き付いてヌクレオソームを形成し、クロマチンとして収納されています。ヒストンの種類や化学修飾は、DNA の利⽤されやすさや遺伝⼦の働き⽅に関わります。
ヒストン H3.3 は、転写が活発なゲノム領域などに取り込まれるヒストンバリアント（※3）です。 研究グループはこれまで、マウスゲノムから H3mm6〜H3mm18 と名付けた13種類の H3.3 サブバリアントを同定し、近縁な分⼦であっても異なるクロマチン特性を持つ可能性を⽰してきました。
精⼦形成では、精⼦のもととなる細胞である精祖細胞の増殖、減数分裂、半数体精⼦細胞への分化を通じて、遺伝⼦発現とクロマチン構造が⼤きく変化します。そこで本研究では、精巣で優位に発現する H3mm15 に着⽬し、正常な精⼦形成における⽣理的役割と、通常の H3.3 とは異なる分⼦特性を明らかにすることを⽬指しました。
H3mm15 遺伝⼦を⽋損させたマウスでは、精⼦そのものは形成され、繁殖能⼒も維持されていました。しかし、精細管の組織構造に乱れがみられ、精⼦運動性が低下しました。したがって、H3mm15 は精⼦形成に必須の単⼀因⼦ではないものの、その過程を正常に保つ役割を担うと考えられます。
精巣の細胞内に存在する RNA を網羅的に読み取り、どの遺伝⼦がどの程度働いているかを調べる RNA シーケンス解析では、精⼦形成に関わる遺伝⼦群の発現が変化し、とくに減数分裂へ移⾏する時期の転写状態に乱れが認められました。組織切⽚上で特定の細胞を選択して解析する⼿法も⽤いたと ころ、減数分裂に⼊る直前の細胞では1,259 個の遺伝⼦（762個が増加、497個が減少）で発現変化が確認されました。
培養細胞と精巣組織を⽤いたクロマチン解析（ChIL-seq（※6））から、H3mm15 は遺伝⼦の転写開始点（TSS）（※7）付近を含むプロモーター（※7）領域と関連することが分かりました。⼀⽅、クロマチン全体への取り込み量は H3.3 より低いことも⽰されました。
H3mm15 を発現させた細胞では、飢餓刺激や酸化ストレスに対する遺伝⼦発現変化は H3.3 を発現させた場合より穏やかでした。これらの結果は、プロモーター近傍への相対的な濃縮が、そのまま強い転写効果を意味するわけではないことを⽰しています。
H3mm15 と H3.3 のアミノ酸配列の違いは、100番⽬、112番⽬、128番⽬のわずか3か所です。クライオ電⼦顕微鏡解析と⽣化学的解析により、H3mm15 を含むヌクレオソームは分解能 2.39Å の構造解析で基本構造を保つことが確認された⼀⽅、H3.3 を含むヌクレオソームより熱的安定性が低く、 DNA末端がほどけやすい性質を⽰しました。
⽣きた細胞内で蛍光回復を測定するFRAP解析（※8）では、H3mm15 は H3.3 より動的なクロマチン結合を⽰しました。H3mm15 特異的な100番⽬のグルタミンを H3.3 型のロイシンに置換すると、 この動的性質が H3.3 に近づいたことから、Q100 が主要な決定因⼦であることが分かりました。
精製した RNA ポリメラーゼ II を⽤いた試験管内転写実験では、H3mm15 ヌクレオソーム上で転写 が H3.3 より促進される現象は認められませんでした。したがって、H3mm15 の転写への寄与は、ヌクレオソームの不安定性だけでは説明できず、ゲノム上の局在、取り込み過程、相互作⽤因⼦、細胞 種などを含むクロマチン環境に依存すると考えられます。
本研究は、配列がほとんど同じヒストンであっても、わずかなアミノ酸の違いによってクロマチン上での局在、安定性、動態が変わり、組織特異的な遺伝⼦発現に異なる形で寄与し得ることを⽰しま した。これは、H3.3 サブバリアントが単なる重複コピーではなく、異なる性質を組み合わせる「ヒス トン H3.3 サブバーコード」として働くという考えを⽀持します。
今後は、精巣のどの細胞・発⽣段階で H3mm15 が働くのか、どの因⼦が H3mm15 をクロマチンへ運ぶのか、また他の H3.3 サブバリアントが相補的な役割を担うのかを明らかにする必要があります。 なお、本研究はマウスを⽤いた基礎研究であり、ヒト男性不妊の原因や治療法を直接⽰したものでは ありません。
（説明）精巣で優位に発現する H3mm15（紫）は、通常の H3.3 とわずか 3 か所のアミノ酸が異なります。細胞内動態の解析から、H3mm15 は H3.3 よりクロマチンから離れやすく、100 番⽬のアミノ酸を H3.3 型に置換すると、H3.3 に近い動態を⽰すことが分かりました。また、マウス精巣では H3mm15 が遺伝⼦の転写開始点付近に分布していました。H3mm15 ⽋損マウスでは、精細管構造の乱れ、精⼦形成関連遺伝⼦の発現変化、精⼦運動性の低下が認められました。これらの結果から、 H3mm15 に特有のアミノ酸配列とクロマチン特性が、正常な精⼦形成に寄与すると考えられます。
(※1)ヒストン／ヌクレオソーム／クロマチン
DNAを細胞核に収納するための基本構造です。DNA が 8
分⼦のヒストンからなる粒⼦に巻き付いたものをヌクレオソームと呼び、ヌクレオソームを含むDNA−タンパク質複合体全体をクロマチンと呼びます。
(※2)H3mm15
研究グループがマウスゲノムから同定した13種類のH3.3 サブバリアントの⼀つです。H3.3 とは 100 番⽬、112 番⽬、128 番⽬の 3 アミノ酸だけが異なり、精巣で優位に発現します。
(※3)ヒストンバリアント／サブバリアント
標準的なヒストンとはアミノ酸配列が異なるヒストンをバリアントと呼びます。本研究では、バリアントの H3.3 にさらによく似た近縁型をサブバリアントと呼んでいます。
(※4)クライオ電⼦顕微鏡解析
試料を急速凍結し、電⼦顕微鏡画像からタンパク質複合体などの⽴体構造を⾼分解能で解析する⽅法です。
(※5)RNA ポリメラーゼ II
DNAの情報を RNA へ写し取る「転写」を担う酵素です。
(※6)ChIL-seq
研究グループが開発した、少数の細胞や組織切⽚から、⽬的のタンパク質がゲノム上のどこに存在するかを調べる解析法です。
(※7)転写開始点（TSS）／プロモーター
遺伝⼦の転写が始まる位置が転写開始点で、その近傍で遺伝⼦の働きを調節する DNA 領域をプロモー ターと呼びます。
(※8)FRAP 解析（蛍光回復法）
細胞内の蛍光分⼦の⼀部を⼀時的に退⾊させ、蛍光が回復する速さから分⼦の動きや結合の安定さを 調べる⽅法です。
本研究は、科学技術振興機構(JST)さきがけ（JPMJPR19K7、JPMJPR2026）、JST CREST（JPMJCR23N3、JPMJCR24Q1、JPMJCR24T3）、JST ERATO（JPMJER1901）、⽇本医療研究開発機構(AMED)BINDS（JP22ama121017j0001、JP24ama121009）、AMED-CREST（JP23gm1810008）、⽇本学術振興会(JSPS)科研費（JP21H05292、JP23K27087、JP23H02394、 JP22J20675、JP22H04696、JP23H04288、JP23H05475、JP24H02328、JP24K01939、 JP24K21919、JP24H02323、JP23H00372、JP22H04676、JP22K19275）、九州⼤学⾼深度オミクスサイエンスセンター、多階層⽣体防御システム研究拠点事業、学際領域展開ハブ形成プログラム （JPMXP1323015486）、九州⼤学情報基盤研究開発センター、九州⼤学オートノマス医学研究センタ ー、上原記念⽣命科学財団、新⽇本先進医療研究財団の⽀援を受けて実施されました。
- 掲載誌：
- Nucleic Acids Research
- タイトル：
- Histone H3.3 subvariant H3mm15 is required for normal spermatogenesis by regulating gene expression
- 著者名：
- Qianmei Wu, Akihito Harada, Cheng-Han Ho, Eisho Tanida, Kaori Tanaka, Kazumitsu Maehara, Bing Wang, Ryuki Shimada, Kei-ichiro Ishiguro, Haruhiko Ehara, Shun-ichi Sekine, Shinya Oki, Yuma Ito, Hitoshi Kurumizaka, Tatsuya Takemoto, Yasuyuki Ohkawa
- DOI：
- 10.1093/nar/gkag994
九州⼤学 ⼤学院医学研究院 マルチオミクス解析分野 教授
原⽥ 哲仁（ハラダ アキヒト）
TEL:092-642-4569 Mail:harada.akihito.120(at)m.kyushu-u.ac.jp
