Functional analysis of the novel gene involved in neuronal differentiation resistance in mouse ES cells

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18K14615
• Research Institution: Nara Medical University
• Principal Investigator: 吉田 純子 奈良県立医科大学, 医学部, 助教 (30769196)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 神経分化異常 / zinc finger protein / １細胞解析 / 神経デフォルトモデル / 分化抵抗性 / ES細胞 / adult neurogenesis / 順遺伝学

Outline of Annual Research Achievements

申請者は、変異に伴いマウスES細胞の分化に異常をきたす機能未知のzinc finger protein（Zfp）遺伝子を同定し、その機能解析を進めてきた。
令和２年度には、本Zfp遺伝子の培養細胞レベルでの分化制御メカニズムの解明を目指して、質量分析により同定した本Zfp遺伝子産物と相互作用する分子の解析を進めた。その結果、破壊することで本Zfp遺伝子の変異の表現型を増強させる別のZfp遺伝子を同定した。令和３年度には、これら２つのZfp遺伝子の複合体が、未分化維持に必須の転写因子Oct4と相互作用している可能性を示唆する結果を得た。相互作用を生細胞で詳細に解析するために、各Zfp遺伝子とOct4に異なる色の蛍光タンパク質をノックインすることを計画し、２つの遺伝子についてはノックインを終えた。
令和３年度は、さらに、本Zfp遺伝子の変異ES細胞の神経分化誘導時における遺伝子発現制御ネットワークを同定するために、1細胞RNA-seqと1細胞ATAC-seqを行った。ここでもTrajectory解析において、野生型と本Zfp遺伝子の変異体で、Oct4の発現変動に大きく差があることがわかり、本Zfp遺伝子の機能を解明するには、Oct4との関係を詳細に調べていくことが重要であることがわかった。
研究開始当初は、bulkのChIP-seqおよびRNA-seqを予定していたが、ES細胞の分化の方向性が必ずしも均一ではないため、計画を変更し、近年飛躍的に進展している1細胞RNA-seqと1細胞ATAC-seqを行ったが、このことが結果として功をなし、Oct4という重要な分子との関連性を発見できた。今後はさらに詳細にOct4と本Zfp遺伝子を中心とした分子メカニズムを調べ、マウス個体やヒトiPS細胞における本Zfp遺伝子の機能も調べていきたい。