Publicly Offered Research
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
造血幹細胞や多能性幹細胞に代表される「幹細胞」は、自己複製と分化能という２つの性質を持つ。自己複製を続ける幹細胞が、分化細胞へと変化するには、未分化性維持に関わる「非ゲノム情報」をすみやかに除去しなければならない。本研究では、エンハンサー領域におけるクロマチン制御に着目し、幹細胞が持つ堅牢性と可塑性という２つの側面を支える分子機構を明らかにする。
造血幹細胞や多能性幹細胞に代表される「幹細胞」の非ゲノム情報はどのように維持されているのだろうか。分化能を有しながら自己複製を行う幹細胞は堅牢性と可塑性を兼ね備えていると考えられる。自己複製していた細胞が、環境変化に応じて分化細胞へと転じるには体細胞とは異なり、それまでの性質、すなわち未分化維持に関わる非ゲノム情報をすみやかに除去しなければならない。胚性幹細胞(ES細胞)の場合、OCT4を中心とした転写因子ネットワークがそれに当たるが、いかにしてOCT4が自己複製を制御しつつ、柔軟に細胞分化に対応できるのかは大きな謎である。本研究では、性染色体にコードされるJmjCドメイン蛋白質UTXおよびUTYがOCT4を正しいエンハンサー領域に配置させる候補因子であることを見出した。UTX/UTYによる脱メチル化酵素非依存的なエンハンサー形成機構を明らかにするために、UTXとUTYのChIP-seqを行い、ゲノム上の結合サイトを調べた。その結果、UTX/UTYは、活性化遺伝子のエンハンサー領域とプロモーター領域に結合していることがわかった。UTX/UTYのダブルノックアウト(DKO)させた細胞では、遺伝子の抑制化が起こるため、両ファクターはエンハンサーとプロモーターの相互作用を制御している可能性が高い。それを支持するデータとしてUTX/UTYのDKOでは、OCT4の乖離だけではなく、転写マシナリーを構成するCHD7やRNAポリメラーゼIIの欠落を引き起こすことが分かった。さらに分化誘導を行ったところDKO細胞では、テラトーマ形成能に異常が起こり、自己組織化された成熟性組織を形成することができないことがわかった。
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
当初計画した幹細胞の自己複製能と分化能を制御するエンハンサー構造の変化を明らかにすることができたため。
分化誘導したES細胞においてOCT4のゲノムワイドな結合変化を調べ、分化初期、そして分化遷移期に機能的エンハンサー領域に結合するのか検証する。留意する点として、分化遷移期には、分化を担う新たな転写因子ネットワークを構築する転写因子が発現してくる。例えば、中胚葉系分化では、転写因子GATA4, CDX2, EOMESが早期に発現する。つまり、OCT4とこれらの転写因子が１つの細胞内で共存する状態が分化過程にあると考えられる。したがって、分化遷移期のOCT4結合と同時に、分化関連因子の結合変化を調べることがエンハンサー構造の同定には重要である。OCT4が新たに結合する領域およびのクロマチン構造の特徴を見出し、分化遷移期に働くエンハンサー構造を明らかにする。
All 2020
All Journal Article (3 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results, Peer Reviewed: 3 results, Open Access: 3 results)
STEM CELLS Translational Medicine
Volume: 10 Issue: 4 Pages: 572-581
10.1002/sctm.20-0302
Cell Reports
Volume: 31 Issue: 7 Pages: 107655-107655
10.1016/j.celrep.2020.107655
iScience
Volume: 23 Issue: 9 Pages: 101535-101535
10.1016/j.isci.2020.101535
