研究課題
基盤研究(C)
ヒトiPS細胞は分化多能性を持つため、様々な細胞に分化することが可能である。しかしながら、神経や心筋など各種分化細胞への分化しやすさ(分化指向性)は細胞株ごとに異なることが明らかになっている。我々はこれまでの研究で、核内タンパク質であるSALL3の発現量が高い株は外胚葉に、発現量が低い株は中・内胚葉に分化しやすい性質を持ち、SALL3の発現量を比較することにより目的細胞に分化しやすい株を選択できることを報告している。本研究の目的は、これまで解明されていないSALL3によるプロモーター／エンハンサー領域における遺伝子発現制御機構を明らかにし、分化指向性の原因となるメカニズムを解明することである。
ヒトiPS細胞は分化多能性を持つため、様々な細胞に分化することが可能である。しかしながら、神経や心筋など各種分化細胞への分化しやすさ(分化指向性)は 細胞株ごとに異なることが明らかになっている。これまでの研究において、核内タンパク質であるSALL3がDNMT3Bに結合してGene body領域のDNAメチル化を調節することにより、 複数の転写因子の発現を制御し、ヒトiPS細胞の分化指向性に非常に重要な機能を持つことを明らかにしている。一方で、SALL3はプロモーター/エンハンサー領域にも多く結合しており、その領域でのSALL3の機能は未解明のままである。そこで本研究は、これまで解明されていない SALL3によるプロモーター/エンハンサー領域における遺伝子発現制御機構を明らかにすることにより、ヒトiPS細胞の分化指向性のメカニズムを解明することである。本年度は、WT株、SALL3 KO株の未分化状態 (Day0)におけるヒストン修飾をChIP-Seqにより解析した。具体的には、活性化型ヒストン修飾としてH3K27Ac、H3K4me1、HeK4me3について、抑制型ヒストン修飾としてH3K27me3、H3K9me1、H3K9me3の計6種類のChIP-Seq解析によりヒストン修飾を調べた。その結果、WT株とSALL3 KO株の間ではヒストン修飾に変化が見られた。これらの遺伝子の中にはiPS細胞の神経分化に関与する調節因子も含まれており、これらの遺伝子領域のヒストン修飾がヒトiPS細胞の分化指向性に寄与している可能性は高いと考えられる。来年度は、神経分化時における経時的、ヒストン修飾のChIP-Seq解析、ATAC-seq解析等のマルチオミックス解析を進めていく。
2: おおむね順調に進展している
SALL3によるプロモーター/エンハンサー領域における遺伝子発現制御機構を明らかにすることを目的に、R5年度は、WT株とSALL3 KO株のヒストン修飾の比較解析を行った。まず、ヒストン修飾のChIP-Seq解析を行うために、hiPS細胞でChIP-Seqに使用できる抗体の評価を行った。その結果、活性化型ヒストン修飾としてH3K27Ac、H3K4me1、HeK4me3について、抑制型ヒストン修飾としてH3K27me3、H3K9me1、H3K9me3の計6種類のヒストン修飾の抗体がChIP-Seq解析に使用可能であることを確認した。評価した6種類のヒストン修飾について、まず初めに神経分化誘導前の未分化状態（Day0）でのChIP-Seq解析を行ったところ、WT株とSALL3 KO株の間で、神経分化や未分化維持に重要な転写因子のヒストン修飾に変化がみられた。これまでに行った、WT株、SALL3 KO株 の神経分化時(Day0, 3, 10)におけるマイクロアレイ解析結果と比較解析を行ったところ、未分化状態（Day0）ではこれらの遺伝子に発現量の有意な差は見出すことができなかった。以上の結果から、SALL3は神経分化や未分化維持に重要な転写因子のヒストン修飾を調節し、分化誘導開始前の分化開始前では殆どその発現量に影響しないことが示唆された。
R6年度は、引き続き、神経分化過程における経時的（Day3, 10）なヒストン修飾解析をChIP-Seqを行うことにより進める。並行して、最初の実験で得られたSALL3 と物理的相互作用する転写因子について、WT株、SALL3 KO株(WTに比べ神経分化効率低下)を用いて神経分化時における経時的ChIP-Seq解析を行う。また、経時的なATAC-Seq解析を行い、遺伝子発現、ヒストン修飾、ATAC-Seqのデータを用いてマルチオミクス解析を通して、SALL3によるプロモーター/エンハンサー領域における遺伝子発現制御機構に重要な分子郡の同定を試み、SALL3を中心に神経分化における遺伝子発現制御機構を明らかにすることにより、分化指向性のメカニズムの解明を目指す。
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Scientific Reports
巻: 14 号: 1
10.1038/s41598-023-51082-4
Stem Cells Translational Medicine
巻: 12 号: 6 ページ: 379-390
10.1093/stcltm/szad029
再生医療
巻: 1 ページ: 30-35
Nat Commun.
巻: 12 号: 1 ページ: 6374-6374
10.1038/s41467-022-34194-9
巻: 12 号: 1 ページ: 20243-20243
10.1038/s41598-022-23824-3
