Research Results 研究成果
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」
生体防御医学研究所／医学研究院
大川恭行主幹教授／原田哲仁教授
2026.11.09研究成果Life & Health
ポイント
- 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。
概要
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。
図 わずか3か所の違いをもつヒストンH3mm15が精子形成を支える
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。
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）
用語解説
(※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。
論文情報
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
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