| 研究課題/領域番号 |
19K06695
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| 研究機関 | 和歌山県立医科大学 |
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研究代表者 |
磯野 協一 和歌山県立医科大学, 共同利用施設, 准教授 (90323435)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | DNA修復 / ポリコーム / 幹細胞 |
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| 研究実績の概要 |
転写抑制因子ポリコーム群複合体は細胞分化や細胞増殖に関わる多くの遺伝子を可逆的に抑制することで幹細胞の分化や自己複製を制御している。最近、申請者はポリコーム群複合体の成分PHC2がDNA損傷誘導的にATMキナーゼによってリン酸化され、幹細胞のDNA修復に貢献する結果を得た。これはポリコーム群が幹細胞の自己複製能、多能性に加え遺伝情報維持にも働いていることを示唆している。本研究では幹細胞ポリコーム群が関わるDNA損傷修復の分子基盤並びにその生理学的意義を解明することを目的とした。
＜分子基盤の解明＞ DNA損傷が生じると、その周辺（メガベースサイズ）にあるヒストンH2AXはATMキナーゼによってリン酸化される（ガンマH2AX）。ガンマH2AXクロマチンドメインは損傷修復に適した環境であるとともに重大なゲノム異常を抑止すると考えられている。最近、ガンマH2AXクロマチンドメインの形成は転写時や複製時と同様にコヒーシンを介したloop extrusionによる3次元ゲノム構造topological associating domain (TAD)が密接に関わっていることが初めて報告された（Nature, 2021）。本年度は、DNA損傷応答におけるPHC2リン酸化とTADとの関係を調査した。
＜生理学的意義の調査＞ DNA損傷の修復エラーの蓄積はがん発症の原因の1つとなっている。これまでの成果として、PHC2リン酸化部位の変異はDNA修復の遅延となることを示している。本年度では、PHC2リン酸化とがん発症リスクとの関係を調査した。
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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
＜分子基盤の解明＞
PHC2リン酸化部位変異マウスと野生型マウスの胎仔から樹立した神経幹細胞を実験材料とした。放射線照射後の細胞から精製したゲノムをhigh-throughput chromosome conformation capture (Hi-C) 法によってTAD解析を実施した。その結果、多くのポリコーム群標的遺伝子領域で形成されるクロマチン相互作用のヒートマップは放射線照射後に野生型と点変異型細胞とで変化が確認された。PHC2点変異型が存在するとDNA損傷応答において適正なTADを形成できないと思われる。次に、loop extrusionとPHC2リン酸化との関係を調べるためにコヒーシン成分のノックダウン実験を行った。その結果、ノックダウン時に損傷誘的PHC2リン酸化レベルは低下することが明らかとなった。以上から、DNA損傷部位周辺で形成されるガンマH2AXクロマチンドメインはPHC2リン酸化を誘発し、適正なTADの構成、それに続く損傷修復に貢献するという新しいモデルが示唆された。この機構はポリコーム群標的近傍で起こる損傷に適用されていると考えている。
＜生理学的意義の調査＞
野生型と点変異マウスに対するDMBA/TPAによる多段階皮膚がんモデルを実施した。DMBAはDNA損傷を誘導すること、PHC2は上皮細胞で高発現している事実はこのモデルを採用した理由である。その結果として、皮膚がん（乳頭腫）の発症時期は野生型と点変異型とに違いは見られなかったが、その後に増加する乳頭腫の数は点変異型で有意に大きかった。したがって、本モデルにおいて点変異型はがんリスクを高めることが示唆された。
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| 今後の研究の推進方策 |
PHC2リン酸化の研究は現時点のデータで論文にする。
都合により保留としていた次の研究を再開したい。ポリコーム群RING1BはDNA損傷応答においてH2AXのK118およびK119をユビキチン化する。その役割を理解することは、DNA損傷応答ならびにエピジェネティック研究にとって重要である。まずはK118/119R変異ES細胞のDNA損傷に対するエピジェネティック変化の全体像を捉えるためにRNA-seqおよびポリコーム群のChIP-seqをおこなう。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
新型コロナウイルスの影響により、研究推進などが困難となり、年度内に事業を完了することが困難となったため。
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