2019 Fiscal Year Annual Research Report
全能性プログラムにおけるエピゲノム再編成の理解とその人為的制御
| Project Area | Program of totipotency: From decoding to designing |
|---|
| Project/Area Number |
19H05756
|
|---|
| Research Institution | Kyushu University |
|---|
Principal Investigator |
石内 崇士 九州大学, 生体防御医学研究所, 助教 (80612100)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2024-03-31
|
| Keywords | 全能性 / エピジェネティクス |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、受精卵に特有の全能性の理解のために、受精卵の有するエピゲノム状態を明らかにすることを重視している。このために、微量エピゲノム解析法であるultra-low-input ChIP-seq法やCUT&RUN法を確立し、受精卵へと適用することに成功している。特に本研究では、受精卵ではクロマチン脱凝縮が顕著であることから、クロマチンを脱凝縮させる活性を示すヒストンH3バリアントのH3.3のゲノム上の分布を調べた。その結果、成熟卵子および受精後の１細胞期胚においては、H3.3の分布が他の細胞では見られない非典型パターンを示すこと、さらにそのパターンは2細胞期になると典型パターンへと即座に移行することが明らかとなった。また、そのH3.3の分布パターンの変化には2細胞期で生じる胚性ゲノム活性化（Zygotic genome activation）は不要であるものの、2細胞期でのDNA複製が重要であることが明らかとなった。
以上に加え、本研究では受精後発生における転写パターンの変化を正確に捉えるための手法の開発にも取り組んでいる。受精後発生においては、卵子に蓄えられたmRNAが受精後も一定期間存在し続けることや２細胞期で転写されたmRNAが4細胞期以降にも持ち込まれるといった例が多く、通常のRNA-seqではその瞬間の転写状態を捉えることができない。そこで、本研究では新規に合成されたRNA（nascent RNA）のみを網羅的に検出することのできる方法の開発に取り組んでいる。これまでに１００個のES細胞を用いた方法を試しており、良好な結果を得つつある。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
H3.3に対する微量ChIP-seq法を適用することで、目的としていたヒストンバリアントH3.3の受精後発生におけるダイナミクスについて正確に理解することができた。さらに、この結果をふまえて、卵子成長、成熟過程におけるH3.3のダイナミクスについてもすでに明らかにしている。これらの結果から、2細胞期においてH3.3の分布パターンが大きく変化することが明らかとなったが、その変化にはDNA複製と共役するクロマチン構築経路が重要な役割を果たすことを見出している。さらに、培養下のES細胞において、この経路に対する人為的な操作を加えることで、ES細胞のH3.3のパターンを1細胞期胚のパターンに類似させることができることも見出している。これらの成果は論文にまとめ投稿し、現在リバイス中にある。本成果は、本領域の目指す全能性のデコーディングとデザインに対して重要な知見となるものであり、大きな成果となり得ると思われる。
また、微量エピゲノム解析法、微量nascent RNA解析法の取り組みも順調に進んでいる。すでに100細胞で可能なMNase-seq法（ヌクレオソーム位置決定技術）の確立に成功しており、受精卵におけるヌクレオソーム位置のデータを得た。微量nascent RNA-seq法についてはES細胞で試験的なサンプルを調製し、100細胞で可能となることを示唆するデータを得ている。
|
| Strategy for Future Research Activity |
受精後発生におけるヒストンバリアントH3.3のダイナミクスについては、受精前後で大きな変化を見出し、さらにその背景にある分子機構を明らかにすることができたため、論文としてまとめ、投稿した。したがって本研究課題については必要な実験を継続的に行うことで論文発表することを優先する。また、本研究から、H3.3の分布のダイナミックな変化がクロマチン構造変化に寄与することが考えられるため、論文発表後もその点について解析をすすめる。微量MNase-seq法による受精後胚におけるヌクレオソーム位置決定についても、すでに必要となるデータを得ているため、論文発表を目指す。しかしながら、受精後発生においてどのようなメカニズムでヌクレオソーム位置がダイナミックに制御されているのかは全く明らかとなっていないため、この点について引き続き解析をすすめる。微量nascent RNA-seq法については、ES細胞でのバリデーションが完了し次第、受精後胚にその手法を適用する。このデータを詳細に解析することによって、恒常的に発現すると考えられてきた遺伝子や発現に時期特異性のある遺伝子について、実際にどの時期にそれほどの量で転写されるのかを明確にし、受精後発生における転写ダイナミクスの正確な理解につなげる。
|
