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ヌクレオソームを基本単位とするクロマチン構造は、核内のあらゆるDNA代謝反応の制御に深く関わっており、高等真核生物では受精卵に始まる発生・分化の初期過程で、クロマチン蛋白質の種類や修飾状態が激変する。私たちは幹細胞の未分化性の確立と維持の分子機構をクロマチン高次構造から明らかにすることを研究目標として、DNAのメチル化酵素の一種、Dnmt3b遺伝子座に着目して、マウス胚性幹細胞(ES細胞)の細胞分化に伴ったクロマチン構造およびDNAメチル化パターンの変化を解析した。
その結果、マウスES細胞では、DNase Iヌクレアーゼに対する高感受性商域(DNase I HS部位)が未分化細胞には5kbに一カ所の割合で高頻度に存在するのに対して、分化誘導後3日でCpGアイランドに存在するプロモーター領域以外は全て消失することを見出した。この結果は未分化ES細胞でクロマチンリモデリング反応が特に活発であることを示唆する。また一方、DNAのメチル化に関しては、ES細胞分化に伴って低メチル化状態にあるCpGアイランドに向かって徐々にメチル化レベルが上昇することが確認された。ES細胞は既存のDnmt遺伝子すべてが発現し、いずれを欠損してもES細胞の形態変化は認められない。核クロマチン解析から、Dnmt3bはDnmt3a2より凝集したクロマチン領域に分布し、DNAメチル化酵素活性化機能を持ったDnmt3Lは、核内で特異的にDnmt3a2と物理的・機能的に相互作用している事を見い出した。
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