長鎖ノンコ―ディングRNAが制御する個体発生とヘテロクロマチン形成メカニズム

• Project Area: Chromatin potential for gene regulation
• Project/Area Number: 19H05279
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• Principal Investigator: 小林 慎 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域, 主任研究員 (10397664)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥8,450,000 (Direct Cost: ¥6,500,000、Indirect Cost: ¥1,950,000); Fiscal Year 2020: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2019: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
• Keywords: エピジェネティクス / クロマチン / 長鎖ノンコ―ディングRNA / X染色体の不活性化 / 個体発生 / non-coding RNA / 性差 / Long non-coding RNA

Outline of Research at the Start

哺乳類の発生に必須なX染色体の不活性化は、エピジェネティックな現象であり、ヘテロクロマチン形成による遺伝子発現制御を理解するために良いモデルである。その制御はヒストン修飾や核内構造といったクロマチン状態を決める因子として、Xistと呼ばれるタンパク質を作らない長いnon-coding RNA (lncRNA)が重要な機能を持つと考えられている。クロマチン制御におけるlncRNAの重要性が注目される一方、Xistの自体の発現制御や不活性化に関する解析は進んでいない。本研究では、Xistの発現制御および不活性化Ｘ染色体のヘテロクロマチン形成におけるFtx lncRNAの役割を明らかにしたい。

Outline of Annual Research Achievements

哺乳類の発生に必須なX染色体の不活性化（XCI）は、エピジェネティックな現象であり、ヘテロクロマチン形成による遺伝子発現制御を理解するために良いモデルである。その制御はヒストン修飾や核内構造といったクロマチン状態を決める因子として、Xistと呼ばれるタンパク質を作らない長いnon-coding RNA (lncRNA)が重要な機能を持つと考えられている。クロマチン制御におけるlncRNAの重要性が注目される一方、XCI制御の中心的な役割を果たすXistの自体の発現制御や不活性化に関する解析は進んでいない。我々は独自に開発した　Ftx lncRNA ノックアウトマウスを用いて動物及び細胞レベルで、Xistの発現制御およびヘテロクロマチン形成を介した不活性化Ｘ染色体制御メカニズムの解明を目指している。
これまで、我々が作製したX染色体上にあるFtx lncRNAのKOマウスは、XCIの異常を示し雌のみで眼球形成に異常が現らわれる。我々はKOマウスでXCIに異常が起こることを、RNAFISHやDNAマイクロアレイによる発現解析で明らかにした。今回更に、FtｘKOマウスを用い、①FtxがXistの発現を上昇させる作用があること。②さらにFtxはcisに働き、Xistの発現制御を行う上流因子であること、③Ftxはランダム不活性化の制御には大きな影響を持たないこと、を明らかにした。更に、詳細な分子メカニズムを明らかにするため、Ftx KOマウスからEpiS細胞を樹立し、X不活性化の異常を細胞で解析できる系を立ち上げることに成功した。今回、KOマウス個体で見られるエピジェネティクス異常の分子メカニズムを細胞を用いることで明らかにする準備が整った。その成果は、将来的にXCIが発症機構に関与するヒト遺伝性疾患の病因解明、診断、治療技術の開発に役立つことが期待される。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Visualization of X chromosome reactivation in mouse primordial germ cells in vivo. (2021)
  • Author(s): Haramoto Y, Sakata M, Kobayashi S.
  • Journal Title: Biol Open. Volume: 10 Issue: 4
  • DOI: 10.1242/bio.058602
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Impaired X-inactivation caused by lack of Ftx lncRNA exhibits non-Mendelian inheritance of microphthalmia phenotype in mice. (2019)
  • Author(s): Kobayashi S
  • Organizer: EMBL epigenetics & chromatin, Heidelberg, 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 「細胞の脱分化・リプログラミングを1細胞レベルで可視化」 (2019)
  • Author(s): 小林慎
  • Organizer: Bio Japan 2020
• [Presentation] Impaired X-inactivation caused by targeted deletion of Ftx lncRNA exhibits non-Mendelian inheritance of microphthalmia phenotype in mice. (2019)
  • Author(s): 小林 慎
  • Organizer: 第13回日本エピジェネティクス研究会年会
• [Book] 動物の事典 (2020)
  • Author(s): 末光 隆志
  • Total Pages: 772
  • Publisher: 朝倉書店
  • ISBN: 4254171668
• [Remarks] 研究者紹介（産業技術総合研究所）
  • URL: http://staff.aist.go.jp/kobayashi.shin/
• [Remarks] 細胞分子工学研究部門 動的創薬モダリティ研究グループ web page
  • URL: https://unit.aist.go.jp/cmb5/group/8-9Group.html
• [Remarks] 創薬分子プロファイリング研究センター web page
  • URL: https://www.molprof.jp/index.html
• [Remarks] 研究者紹介（東京医科歯科大学）
  • URL: http://www.tmd.ac.jp/mri/epgn/shin_kobayashi.html