Role of epigenome regulation for pluripotency transition from naive to primed state
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22K06253
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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 | Kumamoto University |
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Principal Investigator |
遠藤 充浩 熊本大学, 発生医学研究所, 助教 (40391883)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
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| Keywords | エピジェネティクス / ポリコーム / DNAメチル化 / ヒストン修飾 / 転写抑制 / 多能性幹細胞 / ES細胞 / 細胞分化 / 多能性 / 転写因子 / 分化 / 発生 / マウス / 幹細胞 |
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| Outline of Research at the Start |
哺乳類の多能性には発生段階に応じてナイーブ型、フォーマティブ型、プライム型と呼ばれる異なる状態が存在するが、多能性の状態が遷移する仕組みや、この遷移の機能的な役割については良く分かっていない。本研究では、転写因子Dppa2/4が形成するクロマチン制御複合体の多能性幹細胞における役割に注目して、多能性遷移過程で起こるエピゲノム変化の背景となる分子機構を明らかにする。またマウス多能性胚におけるクロマチン構造の遷移をCUT&Tag技術等を用いて同定し、Dppa2/4欠損による影響を明らかにする。以上により多能性状態の遷移を規定するエピゲノム制御と発生過程におけるその機能的意義の解明を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
1) マウスＥＳ細胞において、PCGF6-PRC1ポリコーム群複合体が、多能性関連因子DPPA2/4と拮抗して、CpGアイランド領域におけるDNAメチル化レベルの維持に寄与することを発見した。DPPA2/4とPCGF6-PRC1は、MLL2/Compass-like複合体によるH3K4me2/3修飾レベルを、de novo DNAメチル化の標的遺伝子上で拮抗的に制御する。PCGF6あるいはDPPA2を欠損したES細胞はキメラ胚において分化異常を示すが、PCGF6とDPPA2の両方を欠損させると分化異常がキャンセルされた。以上から、多能性期におけるPCGF6-DPPA2/4軸によるde novo DNAメチル化標的遺伝子のエピジェネティック制御が、ES細胞の正常な分化に重要な役割を果たすことが明らかになった。さらにPCGF6のde novoリクルートがH2AK119ub1修飾とH3K27me3修飾に加えて、H3K9me3修飾を誘導することを見つけた。
2) 内在性のRING1A/B（H2AK119ub1 E3リガーゼ）をCBX7-RING1B融合タンパク質に置き換えることで、PRC2/CBX7-cPRC1経路のみによりH2AK119ub1沈着が維持されるマウスES細胞を作製することに成功した。このES細胞では、H2AK119ub1レベルがH3K27me3の高い不活性遺伝子で上昇し、H3K27me3の低い活性遺伝子で低下した。この変化により、既存のポリコーム抑制維持が促進される一方で、ポリコーム抑制の新規確立が抑制される。従って、このES細胞では、分化条件下でも多能性遺伝子のポリコームサイレンシングが起こらず、自己複製が維持された。従って、PRC2/CBX7-PRC1経路は、ポリコームサイレンシングの維持を促進する一方で、その新規確立を抑制することが明らかになった。
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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
1) PCGF6-PRC1複合体が、H3K9me3修飾を介して、随意ヘテロクロマチンから構造的ヘテロクロマチンへの変換を促進するメディエーターである可能性を見つけることが出来た。今年度の研究を通してこの可能性を証明することにより、ポリコームが介在するエピジェネティック制御による細胞分化制御の新規メカニズムを報告できることが十分に期待できる状況である。
2) 我々は、PRC2/CBX7-PRC1経路のみで維持されるES細胞では転写プログラムの変化が抑制され、自己複製から脱する能力が失われることを見出した。これは、カノニカルPRC1とバリアントPRC1という2種のPRC1複合体の存在意義を明らかにしたものであり、ES細胞の自己複製と分化のバランス制御や、PRC1が関与する腫瘍形成の背景となる仕組みを示唆している。現在論文を執筆しており、今年度中に出版することが十分に見込める状況である。
以上のことから、本研究課題は概ね順調に進捗していると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
1)「PCGF6-PRC1ポリコームによる多能性期におけるDNAメチル化標的の制御」
PCGF6-PRC1複合体によるH3K9me3修飾誘導の分子機構の解明を目指す。我々は、PCGF6-PRC1の主要構成因子であるMGAが、ATF7IP (H3K9me3修飾酵素SETDB1のパートナータンパク質)との結合ドメインを有していることを見出しており、今後はこのドメインを介してH3K9me3修飾を誘導する可能性を調べる。また、PCGF6を特定のゲノム領域にde novoに結合させることが可能なES細胞株を既に樹立しており、この系を用いてPCGF6-PRC1が誘導するH3K9me3修飾とH2AK119ub1修飾の関係性についての解析も進める予定である。
2) 「２種のPRC1複合体によるES細胞の自己複製と分化の制御」
論文を投稿し、リバイス実験の必要があればそれを行う。また、1)の研究と関連して、CBX7-PRC1（カノニカルPRC1）複合体が, バリアントPCGF6-PRC1複合体が介在するH2AK119ub1およびH3K9me3修飾へ及ぼす影響を調べる予定である。
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Report
(2 results)
Research Products
(5 results)
