Hoxクラスターの大域的制御について残された謎に分子進化とエピゲノムから迫る

2023 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 20H03269
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分44020:発生生物学関連
• 研究機関: 国立遺伝学研究所
• 研究代表者: 工樂 樹洋 国立遺伝学研究所, ゲノム・進化研究系, 教授 (40391940)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2024-03-31
• キーワード: Hox / 軟骨魚類 / 円口類 / ゲノムアセンブリ / エピゲノム / 遺伝子発現制御

研究成果の概要

Hox遺伝子クラスターの情報発現機構について、エピゲノム解析手法と分子進化学的アプローチに基づいた種間比較解析を行った。生物種と発生段階を網羅したより精緻な比較が今後求められるが、CTCFによる制御を介したTAD構造が、四足動物に留まらない脊椎動物の広い範囲で共通であることを示すことができた。いっぽう、その典型からの逸脱例として、軟骨魚類サメ・エイではHoxCクラスターの構造的制約が大幅に緩和され、遺伝子レパートリとTAD構造が縮退したことを明らかにした。加えて、他所では継続的には実現していない細胞培養系の確立や、軟骨魚類では初となる性染色体の詳細構造の解明をももたらした。

自由記述の分野

分子進化学、発生生物学、ゲノム情報学

研究成果の学術的意義や社会的意義

我々ヒトの頭尾軸に沿った体づくりを制御しているHox遺伝子群は、A-Dのグループに分けられ4本の染色体上にそれぞれ約10個の遺伝子が近接して存在している。それぞれのグループはその並びに従って調和をもって機能するが、その調和をもたらすメカニズムが、我々ヒトとサメ等の軟骨魚類とが分岐したおよそ4億年前の時点ですでに成立していた可能性が示された。この成果は、生物の進化の歴史に基づいて現存の生物のDNA配列情報を種間で比較し、さらに、その情報が発現されるしくみを組織や細胞のレベルで調べる実験手法を駆使して得られたものである。