| 研究課題/領域番号 |
16K07380
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| 研究機関 | 関西学院大学 |
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研究代表者 |
柴田 幸政 関西学院大学, 理工学部, 助教 (80314053)
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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 | C. elegans / 細胞運命 / エピジェネティクス |
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| 研究実績の概要 |
細胞運命維持機構の研究は、多細胞生物で作られた多様な細胞種を維持するために不可欠の分子機構で、その解明は生物の恒常性を理解する上で非常に重要となる。運命維持機構は幹細胞など未分化な細胞で多くの知見が得られているが、分化した細胞では分化異常と運命維持異常の区別が難しく研究が進んでいない。申請者は、C. elegansの特徴を生かしこれを区別する系を確立し、分化した細胞でも運命維持機構の研究が可能になった。本研究では新たに単離した運命維持異常変異体を用い、分化した細胞で働く運命維持機構を同定し、運命維持機構の普遍的な部分を知るために幹細胞で働く機構との共通点を、幹細胞と分化した細胞で働く運命維持機構の特徴を理解するためにその相違点を明らかにする。本研究で得た知見は、多細胞生物の全ての細胞で必要な運命維持機構の理解に貢献する。
本研究では細胞運命維持に必要な因子として、あらたにリン酸化酵素TLK-1とその下流で働くCAF1を単離した。興味深いことにCAF1はiPS細胞の作成を抑制する因子としても知られている。しかし、CAF1がどのようにiPS細胞の作成などの人工的な分化転換を抑制しているかは明らかになっていない。本研究ではTLK-1及びC. elegans CAF1がヒストンH3バリアントH3.3の抑制に必要であることを明らかにし、さらにTLK-1やCAF1の異常で引き起こされる細胞運命の維持の異常や、H3.3の上昇に、ヒストン脱アセチル化酵素と複合体を形成するSIN-3が関わることも明らかにしている。このように、本研究ではCAF1を介した細胞運命の維持機構が進化的に保存されていることを明らかにすると共に、これまで知られていなかったCAF1の下流で細胞運命を維持する分子機構について明らかにすることができた。
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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
本研究計画では分化した細胞で運命維持に必要な分子機構を明らかにするために以下の計画を予定していた。
A. 運命維持に関わる新規遺伝子群の同定のため、変異体の原因遺伝子をクローニングする。B. 同じpathwayで働く遺伝子の分類のため、二重変異体を作成する。C. 幹細胞での運命維持機構での必要性を知るために、多能性と自己複製能に関する新規運命維持遺伝子の役割を調べる。D. 各pathwayで、転写制御を行う仕組みを解明するために、A, Bの結果を踏まえて運命維持のために、転写制御を行う仕組みを明らかにする。
このうち、A.運命維持に関わる新規遺伝子群の同定は、初年度に既に6つの新規遺伝子座を同定している。これに加えて、新たに一つの運命維持遺伝子があることを明らかにし、現在その原因遺伝子の同定を行なっている。また、本年度は初年度に同定した新規運命維持遺伝子tlk-1の解析を行った。B.同じpathwayで働く遺伝子の分類のために、既知の運命維持遺伝子bet-1との二重変異体を作成したところ、bet-1とtlk-1は異なるpathwayで働くことが明らかとなった。さらにDの各pathwayで、転写制御を行う仕組みを解明するために、tlk-1およびその関連因子の解析を行った。TLK-1の哺乳類相同分子TLK1の下流ではヒストンH3シャペロンCAF1が働いている。C. elegansの細胞運命維持機構でも、同様にTLK-1と共にCAF1が働くこと、これらの機能不全でヒストンバリアント H3.3のゲノムへの局在が増加することを明らかにした。さらに、tlk-1変異体の細胞運命維持異常を指標に、RNAiでこれを抑圧する遺伝子としてsin-3を単離した。tlk-1変異体で見られるH3.3の上昇も、sin-3によって抑圧された。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後は本来の計画に沿って以下の項目を行う。
Aでは原因遺伝子が未同定の変異体をもちいて新規運命維持遺伝子をさらに単離する。
BではこれまでにTLK-1 pathwayとTLK-1 pathwayは異なる遺伝的経路で働くことを明らかにしている。しかし、TLK-1と、知の運命維持遺伝子群(swsn-6, snfc-5, npp-11)との関係は、未だ不明のままなのでこれについても明らかにする。
C. では運命維持異常変異体について幹細胞様細胞seam cellの観察を行うことで、分化した細胞で働く運命維持機構が、幹細胞でどの様な役割を持つかを明らかにする。
DではこれまでTLK-1の下流でCAF1, H3.3, SIN-3が働くことを明らかにしている。またこれらがH3.3のゲノム局在を抑制していることを明らかにしている。しかし、上記の分子がクロマチン立体構造に与える影響や、RNA pol IIの活性に与える影響は分かっていない。そこで、運命維持における重要な標的遺伝子について、in vivoで観察する系を作成しそのクロマチン動態を明らかにする。また、in vivoでのRNA pol IIの核内局在の観察を行う系も作成し、同じく標的遺伝子座での動態を明らかにする。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
（理由）初年度に正立顕微鏡の購入を予定していたが、後半のTLK-1 pathwayの機能の解明のために、次世代シークエンサーを用いた解析を行うことを見越して購入を控え現状の機器で対応した。
（使用計画）次年度使用額は、消耗品及びTLK-1 pathwayの機能の解明のために、次世代シークエンサー解析の外注や、成果発表に伴う論文校正や投稿料に使用する。
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