2019 Fiscal Year Annual Research Report
核内微小環境の形成を介した転写動態制御の統合的解明
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19H03154
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
深谷 雄志 東京大学, 定量生命科学研究所, 講師 (00786163)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | エンハンサー / 転写バースト / インシュレーター / ショウジョウバエ初期胚 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
エンハンサーによる転写バーストの誘導活性が、周辺のゲノム環境によってどのように変化するかについて解析を行った。まず初めに、レポーター遺伝子を用いてエンハンサーと標的遺伝子のプロモーター領域との距離がどのように転写活性に影響を与えるかについて、MS2/MCPシステムを用いたショウジョウバエ初期胚におけるライブイメージング解析を行った。その結果、10kb以上離れた場所からでもTADなどの高次ゲノム構造の形成を必要とせずに、エンハンサーが転写バーストの誘導を引き起こす活性を示すことが明らかとなった。この結果は、近年盛んに議論されているエンハンサーが転写活性化の“ハブ”として機能するというモデルと一致している。興味深いことに、エンハンサーは遠位から標的遺伝子の転写活性化できるものの、生み出される転写バーストは低頻度かつ弱い振幅を示した。そこで次に、ゲノムの高次構造を制御すると考えられているインシュレーターによって、エンハンサーと標的遺伝子を取り囲んだレポーター遺伝子を設計し、ライブイメージング解析を行った。その結果、エンハンサーによる転写バーストの誘導活性が顕著に上昇する様子が見られた。重要なことに、インシュレーターの一方を反転、あるいは欠損させて高次ゲノム構造の形成が起こらない状況を生み出した場合においても、転写バースト誘導の促進作用が見られた。つまりインシュレーターには、ゲノムの構造変化を制御する機能に加えて、近傍に位置するエンハンサーによる転写活性化を促進する働きがあることが示唆された。インシュレーターDNAにはCTCFやコヒーシンなどのゲノム構造化因子だけではく、転写制御因子を含めた多様なタンパク質分子が高度に濃縮されている。今回の結果から、インシュレーター結合因子がエンハンサーによって形成される転写活性化の“ハブ”の機能を助ける新たな役割を持つ可能性が考えられる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
詳細なレポーター解析の結果、インシュレーターDNA が転写バーストの誘導を促進するという、当初の想定にはない予想外の機能を見出すことができた。長年、ゲノム構造の変化を制御するDNAエレメントとして考えられてきたインシュレーターが、エンハンサーによる転写活性化に対して促進的に働くという可能性を初めて示した点において、意義深い成果であると言える。本研究成果について、Molecular Cell誌に論文を発表した。
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| Strategy for Future Research Activity |
エンハンサーが転写バーストを生み出す詳細な作用機序に着目して解析を進める。具体的にはGAL4/UASシステムなどを用いて、人為的に転写因子やコアクティベーターをDNA上にテザリングする実験系とMS2/MCPライブイメージングを組み合わせることで、分子レベルでの制御メカニズムの理解を得ることを目指す。近年、転写因子の持つ天然変性領域や、液―液相分離などが非常に大きな注目を集めている。天然変性領域を人為的に改変した転写因子をテザリングシステムによって標的遺伝子へと作用させると同時に、アウトプットの変動をライブイメージングによって定量することで、転写バーストとの機能的な関連性について定量的に明らかとする。さらに、転写因子そのものの核内局在についても同時に可視化可能な実験系を新たに構築することで、エンハンサーが形成すると考えられている転写活性化の「反応場」の分子実態について解析を行う。
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