Establishment mechanism of 3D chromatin structure

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18K14620
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 中村 遼平 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (30756458)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: クロマチン３次元構造 / リプログラミング

Outline of Annual Research Achievements

染色体は受精直後、リプログラミングを受け、精子と卵子のクロマチン修飾が分化多能性を制御するパターンへと変化し、遺伝子の転写が開始される。この過程において、ゲノムの3次元構造も大規模に変化することが近年明らかにされつつあるが、その分子メカニズムは不明である。ゲノムの3次元構造の制御においてはコヒーシンやCTCFといった因子が中心的な役割を果たしていると考えられているが、受精卵におけるこれらの因子の動態は、細胞数の少なさなどの技術的な問題から解析されていない。本研究は、リプログラミング過程の細胞を大量に得られるメダカ胚を用いることで、コヒーシンとCTCFの動態を解析し、ゲノム3次元構造への寄与を実験的に検証する。これにより、遺伝子発現制御の基盤となるゲノムの3次元構造が、動物の発生において最初にできあがる時のメカニズムを解明することを目的とした。
これまでにCTCFおよびコヒーシンのクロマチン免疫沈降(ChIP-seq)をメダカ初期胚の10発生ステージで行うことで、メダカ発生過程における両タンパク質のクロマチンへの結合動態を明らかにすることができた。さらに、これらのタンパク質がどのようにメダカ発生過程のゲノム3次元構造を制御するかを解明する目的で、CTCFにオーキシン依存性デグロン配列を付加したノックインメダカの作成を行った。このメダカ系統を用いることで、オーキシン依存的にCTCFタンパク質を除去することができ、そのゲノム3次元構造への影響を解析することが可能となる。最終年度ではさらにコヒーシンのサブユニットタンパク質に対してもオーキシン依存性デグロン配列を付加したノックインメダカの作成を行った。検証の結果、両系統ともオーキシン依存的にタンパク質を分解できることも確認できた。今後分解実験に使用することが可能である。