転写抑制因子ポリコーム群による幹細胞のゲノム情報を維持する機構の解明

2022 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19K06695
• Research Institution: Wakayama Medical University
• Principal Investigator: 磯野 協一 和歌山県立医科大学, 共同利用施設, 准教授 (90323435)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: DNA修復 / ポリコーム / 幹細胞 / loop extrusion / コヒーシン

Outline of Annual Research Achievements

＜目的＞　細胞運命決定因子ポリコーム群複合体は細胞分化や細胞増殖に関わる多くの遺伝子を可逆的に転写抑制することで幹細胞や未分化細胞の分化や自己複製をコントロールしている。しかしながら、申請者はポリコーム群複合体の成分PHC2がDNA損傷誘導的にATMキナーゼによってリン酸化され、幹細胞のDNA修復に貢献するという結果を得た。さらにゲノムワイド解析や癌モデル実験からこの修復にはポリコーム群複合体による転写抑制には依存しないこと、並びにがん抑制効果があることを見出した。したがってPHC2によるDNA損傷修復は組織恒常性維持の一端を担っており、その分子基盤の解明は重要な課題と考える。本研究ではPHC2リン酸化とDNA損傷応答性の3次元クロマチン構造topological associating domain (TAD) 変換との関わり調査した。
＜方法＞　CreERT2; SMC3-floxed胚性幹（ES）細胞を使って、PHC2リン酸化への影響を免疫沈降法およびクロマチン免疫沈降-次世代シーケンス（ChIP-seq）法により調査した。PHC2リン酸化部位の変異型神経幹細胞および野生型細胞のhigh-throughput chromosome conformation capture (Hi-C)解析によりTAD形成への影響を調査した。
＜結果＞　PHC2のDNA損傷誘導性リン酸化にはコヒーシンが必要であること、さらに修復時に起こるコヒーシン依存的なTAD形成に重要な働きがあることを発見した。
＜期間全体の成果＞　DNA損傷誘導的に起こるPHC2リン酸化とDNA修復に介在する分子メカニズムとその意義について調査し、PHC2リン酸化はコヒーシンによるloop extrusionによって促進され、そのリン酸化は修復に適したTAD形成に重要であることを示した。さらにPHC2リン酸化を介するDNA修復はがん化抑止に寄与することも明らかにした。本発見はポリコーム群の役割を改訂するものであり、幹細胞の運命決定や恒常性維持、加えてがん研究へと波及していくと考える。