スーパーエンハンサーによるオオノログ進化運命の拘束機構の研究
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22K06240
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 44020:Developmental biology-related
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
荻野 肇 広島大学, 両生類研究センター, 教授 (10273856)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
越智 陽城 山形大学, 医学部, 准教授 (00505787)
井川 武 広島大学, 両生類研究センター, 准教授 (00507197)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
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| Keywords | 発生 / 進化 / ゲノム重複 / エンハンサー / ツメガエル |
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| Outline of Research at the Start |
脊椎動物の進化では、ゲノム重複の度に倍加遺伝子（オオノログ）の片方が失われて１コピーに回帰したり、２コピー間で祖先遺伝子の発現パターンを分割するようになったり、片方が祖先遺伝子の発現パターンを維持しつつ、もう片方が新しい発現を獲得したりといった遺伝子進化が起きているが、それら運命選択の仕組みは殆どわかっていない。これに対して応募者は、スーパーエンハンサー（SE）を持つ遺伝子がゲノム重複後に２コピーで維持されやすいことを発見した。本研究ではツメガエルのゲノム重複（RX）と真骨魚のゲノム重複（R3）、脊椎動物祖先種のゲノム重複（R1/R2）に注目し、SEが進化運命を拘束する仕組みを解明する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
四足動物の祖先型ゲノムを持つネッタイツメガエルに対して、アフリカツメガエルはゲノム重複（RX）を経験しているため、ネッタイツメガエルの１つの遺伝子に対して２コピーのオーソログ（倍加オーソログ）を持つ場合がある。同様に真骨魚も、その祖先種が四足動物の祖先種と分岐した後でゲノム重複（R3）を経験しているため、ネッタイツメガエルの１つの遺伝子に対して倍加オーソログを持つ場合がある。代表者らは先行研究により、RXとR3のいずれの後でも進化的に２コピーで維持されている269遺伝子種を同定している。
本年度は、この269遺伝子種に関して、まずネッタイツメガエルの祖先型遺伝子の発現パターンと、それに対するアフリカツメガエルの倍加オーソログの発現パターン、およびゼブラフィッシュの倍加オーソログの発現パターンを比較し、両種で類似した発現パターンの進化的分化を示す、すなわち発現パターン分化の収斂進化を示す倍加オーソログ群を同定するための解析をおこなった。具体的には、脳、眼、心臓、腸、腎臓、肝臓、肺、筋肉、卵巣、膵臓、表皮、脾臓、胃、精巣等の組織を対象として、アフリカツメガエルの既存RNA-seqデータと、ネッタイツメガエルのRNA-seqデータから、両種の間でオーソログの発現パターンを比較するデータベースの作成を進めた。また、ゼブラフィッシュに関しても既存のRNA-seqデータを用いて、ツメガエルとの比較用データベースの作成を進めた。
更にこの解析で同定した収斂進化遺伝子の１つのsox9について比較ゲノム配列解析をおこない、種間で保存されている非コード配列（Conserved Non-coding Element, CNE）のクラスターをスーパーエンハンサーの候補領域としてネッタイツメガエルに同定した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
トランスクリプトームの種間比較データベースはまだ作成途上であるが、その過程で上記のsox9など、ゲノム重複後に倍加オーソログが発現パターン分化の収斂進化を示す遺伝子群が見つかった。更に比較ゲノム解析により、それらのスーパーエンハンサーの候補領域がCNEクラスターとして同定されつつある。
また予備データ的な段階であるが、sox9のCNEそれぞれのエンハンサー活性をツメガエル胚におけるトランスジェニックレポーター解析によって調べたところ、いずれもが軟骨特異的な活性を示した。すなわちsox9は軟骨での発現を頑強に維持するために、機能的に冗長なエンハンサー群から構成されたスーパーエンハンサーを持つことを示すデータが得られた。このことは本研究の仮説、すなわち倍加遺伝子がゲノム重複前の祖先遺伝子から引き継いだ頑強なスーパーエンハンサーが、シス変異の蓄積による偽遺伝子化（シングルトン回帰）を抑制するとともに、倍加遺伝子の間での発現パターンの進化的分化をも制限し、収斂進化の拘束要因になるという考えを支持するものである。
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| Strategy for Future Research Activity |
現在までの進捗状況で述べた通り、これまでにトランスクリプトームの種間比較解析とその過程で同定した収斂進化遺伝子群のシス解析を進めている。今後、発現解析に関しては、トランスクリプトームデータを補完するためにin situハイブリダイゼーション実験やqPCR実験をおこない、解析全体の解像度をより高いものにする予定である。これにより、本研究仮説の検証におけるゲノムレベルでの正確性と普遍性の向上に努める。
シス解析に関してはsox9のような、倍加オーソログが発現パターン分化の収斂進化を示す遺伝子の典型例に関して、トランスジェニック実験によるスーパーエンハンサーの同定を進めると共に、相同なスーパーエンハンサーを維持しながら異なる発現パターンを示す倍加遺伝子ペアにおいて、ゲノム重複後に組織特異的なサイレンサーが片方のコピーで獲得された可能性を探索する。また、sox9エンハンサー等をポジティブコントロールとして、活性化型エンハンサーのマークであるヒストン修飾H3K27acに対する ChIP-seqの条件検討をおこない、RXとR3のいずれの後でも進化的に２コピーで維持されている269遺伝子種に対してスーパーエンハンサーの網羅的同定を進める。
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Report
(1 results)
Research Products
(6 results)
