Elucidation of the mechanism of global gene expression repression in pluripotent stem cells

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K16149
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 48040:Medical biochemistry-related
• Research Institution: Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: Tada Yuhki 国立研究開発法人理化学研究所, バイオリソース研究センター, 開発研究員 (10746382)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: シングルセルRNA-seq / 多能性幹細胞 / 分化 / 転写 / 遺伝子発現 / ノックアウトマウス

Outline of Final Research Achievements

The applicants observed a global suppression of gene expression during pluripotent stem cell transition using single-cell RNA sequencing analysis. However, the mechanism and biological significance of this phenomenon remain unclear. Therefore, we conducted RNA velocity analysis to estimate the direction of state change of each single cell and analysis of knockout mice for the candidate molecule found by differential gene expression analysis. The results suggested that the global suppression of gene expression may be a turning point in the state transition of pluripotent stem cells, and that knockout of the molecule specifically up-regulated at that time may affect post-implantation embryonic development and lead to embryonic lethality.

Free Research Field

幹細胞生物学、バイオインフォマティクス、発生生物学、がん

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

グローバルな遺伝子発現抑制機構としていくつかの現象が知られている。代表例として、メスの胚におけるX染色体不活性化、オスの精子形成過程における減数分裂期性染色体不活性化、始原生殖細胞におけるRNAポリメラーゼII依存性の転写抑制が挙げられる。これらの現象の破綻は胎生致死や不妊などの様々な異常の原因となる。したがって、グローバルな遺伝子発現の抑制は個体発生に重要な意義を持つと考えられる。申請者は新規のグローバルな遺伝子発現抑制現象を多能性幹細胞の分化遷移過程に見出し、その作用機序に関与する可能性のある候補分子を同定し、機能解析の結果、この分子が発生に重要な役割を持つことを示すことに成功した。