2021 Fiscal Year Annual Research Report

Molecular mechanisms for changes in epigenome dynamics that have been involved in human-specific traits

Research Project

Project/Area Number	19K22452
Research Institution	Nagoya University
Principal Investigator	一柳健司名古屋大学, 生命農学研究科, 教授 (70401560)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	今村公紀京都大学, 霊長類研究所, 助教 (80567743)
Project Period (FY)	2019-06-28 – 2022-03-31
Keywords	エピゲノム / iPS細胞 / レトロトランスポゾン / 転写因子
Outline of Annual Research Achievements	ヒトとチンパンジーのiPS細胞について、mRNA-seqを行い、種間でもトランスクリプトームに大きな違いがないことを明らかにした。先行研究（Marchette et al. Nature 2013）において、L1レトロトランスポゾンの発現がチンパンジーで高いことが報告されていたが、我々の細胞では両種で違いがなかった。細胞株、培養条件による違いではないかと考えられる。small RNA-seqも行い、piRNA様のRNAにも両種で大きな差がないことを確認した。次に、ChIP-seqを行い、約5000箇所のH3K4me3量が種間で異なる領域、約800箇所のH3K27me3が種間で異なる領域、約300箇所の種間で異なるbivalent領域を同定した。これらの領域は特段進化速度が速い訳ではなかったが、H3K4me3の種間差領域ではOCT4とSOX2の結合配列の生成と消失が関連しており、これらの転写因子の結合度によってエピゲノムの違いが生まれたものと考えられる。さらにLTR5レトロトランスポゾンの種特異的な挿入により、周辺の配列がH3K4me3化されることを発見した。LTR5にはOCT4とSOX2の結合配列が含まれており、これらの転写因子の関与が考えられた。種特異的な挿入の中には遺伝子の近くにあるものもあり、その場合、挿入されたLTR5コピーがエンハンサーとして働くことで遺伝子発現が上昇していた。このことは、レトロトランスポゾンの転移によって、ゲノム、エピゲノム、そして遺伝子発現が変化したことを示唆する。一方、分化誘導系の条件検討を行い、ダイレクトニューロスフェア法により、ヒトiPS細胞とチンパンジーiPS細胞から、ほぼ等価な神経幹細胞の作出に成功した。筋分化系についてはまだ検討中であるが、これまでの実験から胚様体作成時の条件を変えることで分化誘導率を高められるという知見を得た。