| 研究領域 | 全能性プログラム：デコーディングからデザインへ |
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| 研究課題/領域番号 |
19H05756
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| 研究機関 | 山梨大学 |
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研究代表者 |
石内 崇士 山梨大学, 大学院総合研究部, 准教授 (80612100)
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| 研究期間 (年度) |
2019-06-28 – 2024-03-31
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| キーワード | 全能性 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では、受精卵に特有の全能性の理解のために、受精卵の有するエピゲノム状態およびそれと連動する転写状態を明らかにすることを重視している。このために、微量エピゲノム解析法であるultra-low-input ChIP-seq法やCUT&RUN法を導入し、クロマチンを脱凝縮させる活性を示すヒストンH3バリアントのH3.3のゲノム上の分布を調べた。その結果、成熟卵子および受精後の１細胞期胚においては、H3.3の分布が他の細胞では見られない非典型パターンを示すこと、さらにそのパターンは2細胞期になると典型パターンへと即座に移行することを明らかにした。また、そのH3.3の分布パターンの変化には2細胞期で生じる胚性ゲノム活性化（Zygotic genome activation）は不要であるものの、2細胞期でのDNA複製と共役したH3.1/H3.2の取り込みが重要であることが明らかとなった。さらに、ES細胞を用いた解析から、受精卵に特有のH3.3の分布は受精後胚に特有の転写状態の形成に重要であることを示唆する結果を得た。これらの結果をさらに詳しく解析するために、受精後発生における転写パターンの変化を正確に捉えるための手法の開発にも取り組んだ。受精直後の胚では卵子由来の母性RNAが大量に存在するために、どのゲノム領域が実際に転写されているのかというのは明確になっていない。そこで、新規に合成されたRNA（nascent RNA）のみを網羅的に検出することのできる方法を開発し、１００個のES細胞で質の高いデータを得ることができることを見出した。そしてこの手法を受精後胚に適用し、異なる発生段階での転写状態が明らかになりつつある。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
前年度にはH3.3に対する微量ChIP-seq法を適用することで、目的としていたヒストンバリアントH3.3の受精後発生におけるダイナミクスを明らかにした。これにより受精直後の胚では非典型なH3.3の分布様式（非典型パターン）が存在することを見出した。さらに、培養下のES細胞において、このクロマチン構築経路に対し人為的な操作を加えることで、ES細胞のH3.3のパターンを1細胞期胚のパターンに類似させることができることを見出した。これらの成果は論文として発表した（Ishiuchi et al., Nat Struct Mol Biol 2021）。このように全能性細胞におけるエピゲノム状態の特殊性が明らかになりつつある一方で、エピゲノムと密接に関わると考えられるゲノムワイドな転写状態は明確になっていない。全能性細胞におけるエピゲノムと転写の理解は、本領域の目指す全能性のデコーディングとデザインに対して重要な知見となるものであると考えられるため、微量nascent RNA解析法の取り組みも行った。この新手法の開発は順調に進んでおり、すでに100個のES細胞で可能な微量nascent RNA解析法の確立に成功し、受精後胚への適用も完了している。さらに微量MNase-seq法（ヌクレオソーム位置決定技術）の確立も成功しており、これら一連の解析法を受精卵に適用することで全能性細胞の特殊性を見出しつつある。
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| 今後の研究の推進方策 |
受精後発生におけるヒストンバリアントH3.3のダイナミクスについては、受精前後での大きな変化を見出し、さらにその背景にある分子機構を明らかにすることができたため論文として発表した。一方で、H3.3の形成する非典型パターンの生物学的意義についてはまだ詳細な解析が必要であるため、遺伝子改変マウスを作製することによりさらなる解析をすすめる。また、ヒストンバリアントの分布のダイナミックな変化がクロマチン構造変化に寄与することが考えられるため、微量MNase-seq法を用い、受精後胚におけるヌクレオソーム位置の解析をすすめる。これについては必要なデータは得られており、早期の論文発表を目指す。微量nascent RNA-seq法については、ES細胞でのバリデーションと、受精後胚への適用が完了している。このデータを詳細に解析することによって、恒常的に発現すると考えられてきた遺伝子や発現に時期特異性のある遺伝子について、実際にどの時期にそれほどの量で転写されるのかを明確にし、受精後発生における転写ダイナミクスの正確な理解につなげる。こちらについても早期の論文発表が可能であると考えている。そして、以上の研究結果を基盤として、全能性の分子レベルでの理解とともに、全能性幹細胞の確立や誘導を目指す。
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