ポリコーム群PRC1複合体による着床前胚細胞運命と可塑性の制御

2017 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 16K07372
• 研究機関: 熊本大学
• 研究代表者: 遠藤 充浩 熊本大学, 国際先端医学研究機構, 客員准教授 (40391883)
• 研究分担者: 須田 年生 熊本大学, 国際先端医学研究機構, 卓越教授 (60118453)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: 多能性幹細胞 / 生殖細胞 / エピジェネティクス / ヒストン修飾 / クロマチン / 転写 / ポリコーム / 初期胚

研究実績の概要

クロマチン制御因子ポリコーム群は哺乳類初期発生に必須であるが、その標的遺伝子や作用機序は依然不明な点が多い。本研究はポリコーム群が形成する複合体のうち非典型的ポリコーム複合体PCGF6-PRC1の役割にフォーカスしており、本年度はこの複合体に特異的な構成因子L3MBTL2の生物活性、標的遺伝子および作用機序の解明を目指した。マウスES細胞においてL3mbtl2遺伝子をコンディショナルに欠損させると、Pcgf6欠損ES細胞と同様に生殖関連遺伝子が脱抑制し、細胞の増殖が阻害されることが分かった。一方、Pcgf6やRybp,Ring1A/Bの欠損ES細胞とは異なり、2細胞期胚特異的遺伝子の脱抑制は認められなかった。次にL3MBTL2の結合するゲノム領域を明らかにするためChIP-seq解析を行ったところ、PCGF6/RYBP/RING1Bと同様に生殖関連遺伝子群の転写開始点周辺に結合することが分かった。L3MBTL2とPCGF6/RYBP/RING1Bの標的遺伝子への結合はお互いには依存せず、いずれも転写因子MAX・MGAヘテロダイマーに依存することも分かった。さらに、L3mbtl2欠損ES細胞においてこれら標的遺伝子座のクロマチン状態の変化を調べたところ、Pcgf6やRybp,Ring1A/Bの欠損ES細胞とは異なり、PRC1/PRC2型ポリコームが行うヒストン修飾(H2AK119ub1および H3K27me3)のレベルに大きな変化が認められなかった。以上より、L3MBTL2は、PCGF6/RYBP/RING1Bと同様にMAX・MGA依存性に生殖関連遺伝子へ結合するが、H2AK119ub1/H3K27me3修飾を介した従来のPRC1/PRC2ポリコーム型抑制とは異なる仕組みでこれら標的遺伝子の転写抑制に寄与することが分かった。

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

非典型的ポリコーム複合体PCGF6-PRC1による生殖関連遺伝子および2細胞胚特異的遺伝子の発現制御メカニズムについて新たな知見が得られつつある。具体的には、この複合体に特異的に含まれるL3MBTL2が、PCGF6/RYBP/RING1Bと同様に転写因子MAX・MGAヘテロダイマーに依存して生殖関連遺伝子へ結合するが、H2AK119ub1/H3K27me3修飾を介した従来のPRC1/PRC2ポリコーム型抑制とは異なるメカニズムで標的遺伝子の転写抑制に寄与することが分かった。よって本研究課題の目標に向けておおむね順調に進展していると判断した。

今後の研究の推進方策

(1)PCGF6-PRC1複合体欠損時の遺伝子発現変化とDNA損傷応答の関係を明らかにする。具体的にはRing1A/B欠損ES細胞、Pcgf6欠損ES細胞、L3mbtl2欠損ES細胞およびMax欠損ES細胞において、DNA損傷応答やテロメア等の変化を測定する。また生殖関連遺伝子および2細胞期胚特異的遺伝子の脱抑制が、DNA損傷応答によるものかについて、p53ノックダウン等を用いて検証を行う。
(2)PCGF6-PRC1複合体と細胞内代謝の関係を明らかにする。具体的にはRing1A/B欠損ES細胞、Pcgf6欠損ES細胞、L3mbtl2欠損ES細胞およびMax欠損ES細胞におけるミトコンドリア活性や解糖系、脂肪酸酸化、オートファジー、低分子代謝産物の変化を解析する。

次年度使用額が生じた理由

（理由）ポリコーム群欠損ES細胞を用いたChIP-seq解析やメタボローム解析など、計画していた実験の一部を次年度に行うことにした。

（使用計画）ポリコーム群欠損ES細胞におけるクロマチン状態を明らかにするためChIP-seq解析を行う予定である。また、細胞内代謝への影響を調べるため、電子顕微鏡や質量分析を用いた解析を行う予定である。

研究成果

• [国際共同研究] Cancer Science Institute of Singapore(Singapore)
  • 国名: シンガポール
  • 外国機関名: Cancer Science Institute of Singapore
• [雑誌論文] FANTOM5 CAGE profiles of human and mouse samples. (2017)
  • 著者名/発表者名: Noguchi S, Arakawa T, Fukuda S, Furuno M, Hasegawa A, Hori F, Ishikawa-Kato S, Kaida K, Kaiho A, Kanamori-Katayama M, Kawashima T, Kojima M, Kubosaki A, Manabe RI, Murata M, Nagao-Sato S, Nakazato K, Ninomiya N, Nishiyori-Sueki H, Noma S, Saijyo E, Saka A, Sakai M, Simon C, Suzuki N, Tagami M, and Endoh M, et al.
  • 雑誌名: Scientific Data 巻: 4 ページ: 170112
  • DOI: 10.1038/sdata.2017.112
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] The FLCN-TFE3 axis regulates macrophage activation through cellular metabolism (2017)
  • 著者名/発表者名: Mitsuhiro Endoh, Masaya Baba, Yong-Mei Guo, Terumasa Umemoto, Michihiro Hashimoto, Naoto Takahashi, Ken-ichi Sawada, Laura S. Schmidt, Toshio Suda
  • 学会等名: International Society for Experimental Hematology (ISEH) 46th Annual Scientific Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Loss of FLCN induces activation of hemophagocytic macrophages through the GABARAP-associated autophagy-lysosome process (2017)
  • 著者名/発表者名: Mitsuhiro Endoh, Masaya Baba, Tamie Endoh, Yang Chong, Toshio Suda
  • 学会等名: Frontiers in Cancer Science (FCS) 2017
  • 国際学会