| 研究課題/領域番号 |
16H05042
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
南 直治郎 京都大学, 農学研究科, 教授 (30212236)
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| 研究分担者 |
塚本 智史 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 放射線医学総合研究所 技術安全部, 主任研究員(定常) (80510693)
宮本 圭 近畿大学, 生物理工学部, 講師 (40740684)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | エピジェネティクス / クロマチンリモデリング / ヒストン / 受精卵 / ノックダウン / 多能性 |
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| 研究実績の概要 |
Smyd3はH3K4のメチル化酵素であり、マウスの初期胚においてOct4やNanog, Sox2, Gata6, Eomesなどの多能性関連遺伝子を制御することがわかっている。しかし、Smyd3による多能性関連遺伝子の詳しい制御機構はわかっていない。申請者はCHD1がSMYD3によってメチル化されたH3K4を認識して、下流のHmgpi遺伝子を活性化させるという仮説を立て、この仮説が正しいかどうかを検証した。siRNAを顕微注入したSmyd3ノックダウン胚を作製し、qRT-PCRを行った結果、8細胞期のSmyd3ノックダウン胚においてHmgpiの発現が有意に減少していることが示された。また、クロマチン免疫沈降法によって、2細胞期後期のHmgpiプロモーター領域にH3K4me3修飾が存在することを明らかにした。
また、H3K4のメチル化は遺伝子の発現を活性化させる修飾であるが、その脱メチル化酵素であるKdm5bを受精直後に抑制すると、胎子の形成に関わるNanog遺伝子の発現が減少していた。このことは、ある特定の遺伝子の活性化の維持が、胎子形成に関わる経路を阻害していることを意味しており、これらの遺伝子の同定は今後の興味深い課題である。また、ヒストンH3K9のメチル化は遺伝子発現を抑制する修飾であるが、その脱メチル化酵素であるKdm3aを受精直後に抑制すると、胎盤の形成に関わる遺伝子の発現が上昇していることが明らかになった。このことは、特定の遺伝子の抑制維持が胎盤形成を阻害していることを示しており、これに関わる遺伝子を同定していくことで、胎盤形成の詳細なメカニズムを明らかにすることができる。以上の成果は、受精卵から着床を経て個体に至るまでの発生に、エピジェネティックな要因（Chd1、Smyd3、Kdm3aやKdm5b）が大きく関わっていることを明らかにしたものである。
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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
これまで、様々なヒストン修飾酵素やヒストン認識物質について解析を行ってきた。これらの遺伝子を受精直後に抑制しても、胚盤胞期までの発生に大きく影響するものはほとんどなかったが、多能性の維持や胎盤形成に関わる遺伝子の発現を大きく変化させるものがあり、エピジェネティックな要因が発生に大きく影響していることが明らかになってきた。また、ヒストン修飾を認識する因子が、細胞の運命決定に関わる遺伝子の発現を直接制御していることも明らかになった。これらの要因を更に深く掘り下げることによって、初期胚がもつ全能性とそこから分化する細胞系譜の運命決定についてさらに研究を進展させることができると考えられる。
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| 今後の研究の推進方策 |
今年度は、ヒストン修飾酵素と初期胚の全能性と分化に関する研究を行う。
申請者は、胚性ゲノムの活性化時に発現して全能性細胞を作り出す遺伝子群が、不活性化されることによって全能性が失われる可能性があると考えている。遺伝子発現の不活化に関わるヒストン修飾として、H3K4やH3K36の脱メチル化、あるいは遺伝子発現を抑制するH3K9やH3K27のメチル化修飾の付加が想定される。そこで本研究では、これらの修飾に関わる遺伝子の中で胚性ゲノムの活性化時に発現が大きく上昇する遺伝子に注目した。この条件を満たす遺伝子として、H3K4あるいはH3K36の脱メチル化酵素はKdm5a、Kdm5b、Kdm5dあるいはKdm8であるが、最初の2の遺伝子については前年度の研究で解析が終了しており、今年度はKdm5dとKdm8について受精直後に発現を抑制し、表現型やその後の多能性関連遺伝子の発現解析を行う。また、H3K9あるいはH3K27のメチル化酵素で、胚性ゲノムの活性化時期に発現上昇する遺伝子はKmt1aとEhmt2であり、これらの遺伝子についても受精食後の胚において発現抑制を行い、表現型解析、遺伝子発現解析を行う。
受精卵の発生段階では2細胞期から4細胞期に移行する過程で全能性が失われ、胚盤胞期には胎子を形成する細胞群と胎盤を形成する細胞群に分化することが知られているが、この分化の誘導が4細胞期の割球ですでに起こることが近年明らかになってきており、この分化のスタートにH3R26のメチル化が関与していることが示唆されている。このメチル化はCarm1という遺伝子によって行われており、この遺伝子を抑制することによってどのような表現型を示すかを明らかにし、多能性関連遺伝子の発現解析を行うことで、胎子や胎盤の形成に関わるメカニズムを明らかにする。
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