2018 Fiscal Year Annual Research Report

細胞がん化と関連するヒストンバリアントH2A．Zの染色体分配における機能解明

Research Project

Project/Area Number	18J21426
Research Institution	Tohoku University
Principal Investigator	高橋大輔東北大学, 農学研究科, 特別研究員(DC1)
Project Period (FY)	2018-04-25 – 2021-03-31
Keywords	エピジェネティクス / クロマチン / ヒストンバリアント / H2A.Z
Outline of Annual Research Achievements	真核生物のゲノムDNAは、クロマチン構造を形成することで折りたたまれ、核内に収納されている。このクロマチン構造が動的に変化することで様々なゲノム機能が制御されており、これまで複数のクロマチン構造制御因子が同定されてきた。その１つであるヒストンバリアントH2A.Zは、通常型ヒストンタンパク質であるH2Aと交換されることでクロマチン中に導入される。遺伝子発現制御やDNA損傷修復など多岐にわたるエピジェネティック制御を行う分子であることが報告されているが、その詳細な分子機構は未だ明らかとなっていない。 H2A.Zは疾患との関連も注目されており、一部のがん細胞で高発現となっていることが報告されている。H2A.Zの機能の一つである正常な染色体分配の維持は、破綻により細胞のがん化を亢進するものであることが知られている。このためH2A.Zと染色体分配制御の分子機構を解明することで、がんなどの疾患とH2A.Zの関わりを明らかにできることが期待される。本解析ではH2A.Zのユビキチン化が染色体分配に与える影響は間接的なものであることが示された。他の機構を介しての制御が予想されるため、今後は様々なH2A.Z変異体発現細胞における染色体分配を評価していく予定である。また、SRCAPクロマチンリモデリング複合体によって導入が行われることは報告されているが、SRCAPがどのようなゲノム上のマーク（エピジェネティックマーク）を指標としてH2A.Zを導入しているのかは未だ不明であった。H2A.Zによるゲノム機能制御を解明するためには、この点を明らかにする必要がある。そこで本研究では出芽酵母を用いてH2A.Zを導入するためのエピジェネティックマークの考察を行った。ここではH2A.ZそのものがH2A.Z導入のために必要なエピジェネティックマークとなっていることが示唆された。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 1: Research has progressed more than it was originally planned. Reason H2A.Zの染色体分配維持機構については、これまでの出芽酵母を用いた先行研究から、ユビキチン化による翻訳後修飾が関わっていることが示唆されていた。そこで脊椎動物細胞を用いてH2A.Z非ユビキチン化変異体単一発現細胞を取得し、この染色体分配を評価した。しかしこの細胞でも染色体分配は正常に進行しており、H2A.Zのユビキチン化を介する染色体分配制御機構は間接的なものであることが示唆された。また、出芽酵母を用いてH2A.Zのゲノム中への導入機構について解析を行った。様々な様式でH2A.Zを発現する出芽酵母株を取得し、これらのゲノム上のH2A.Z導入パターンを解析したところ、一度H2A.Zがゲノム上から完全に消失した株では、新たにH2A.Zを再発現させても正常な導入パターンとならないことが明らかとなった。この結果はH2A.Zの導入がH2A.Zそのものを指標として行われることを示した新規の知見であり、H2A.Zによるエピジェネティック制御機構の一端を明らかにするものである。また、これらのH2A.Zの導入が正常及び異常となっている出芽酵母においてH2A.Zが機能しているか表現型から評価することで、様々なH2A.Zによるゲノム機能制御がどのような分子機構によるものであるのか検証した。特に遺伝子発現制御においてはH2A.Zの正常な局在が必要であるが、DNA損傷修復においては異常な局在を示すH2A.Zでも機能の相補が見られた。今後はより詳細な解析を行っていく予定である。
Strategy for Future Research Activity	H2A.Zの染色体分配維持機構については、様々なH2A.Z変異体単一発現細胞を取得することで検証を重ねていくことを予定している。特に近年同定されたH2A.Zの相互作用因子PWWP2Aに着目しており、このタンパク質との結合を介したエピジェネティック制御の可能性が報告されている。このためPWWP2Aとの相互作用部位に変異を導入したH2A.Z変異体の単一発現細胞で染色体分配を評価することで、染色体分配制御機構の検証を行っていく。 H2A.Zの導入機構の解析においては、新たなヒストン修飾とのクロストークに注目していく予定である。これまでの解析により、H2A.Zの導入がH2A.Zそのものを指標として導入される可能性が示されている。しかしH2A.Zのみがその指標を担っているのではなく、他のエピジェネティックマークが協調的にはたらきゲノム上の指標となっている可能性を予想している。このため、H2A.Zのゲノム上の局在パターンが近いヒストン修飾であるH3K4のメチル化をはじめとする複数のエピジェネティック制御因子について、遺伝子破壊などの手法からH2A.Zの導入パターンに影響を与えているものを検討する。また、出芽酵母を用いた解析に留まらず、脊椎動物細胞を用いても同様の解析を行っていく予定である。これらの解析を介して、未だ明らかとなっていないH2A.Zのゲノム機能制御機構の一端を解明することを目指す。