Epigenetic control of age-induced circadian oscillations and its adaptive effects on fitness

2023 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21K19277
• Research Institution: Juntendo University
• Principal Investigator: 松本 顕 順天堂大学, 医学部, 教授 (40229539)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 伊藤 太一 九州大学, 基幹教育院, 准教授 (20769765) ; 松本 綾子 順天堂大学, 大学院スポーツ健康科学研究科, 特任助教 (20833825)
• Project Period (FY): 2021-07-09 – 2024-03-31
• Keywords: ショウジョウバエ / 時計遺伝子 / 老化 / エピジェネティクス / 発現制御

Outline of Annual Research Achievements

申請時点では「周期的遺伝子発現を加齢に伴って調節するマスター遺伝子」を想定し、その同定を目指したが、単一のマスター遺伝子が存在する明瞭な証拠は見つからなかった。そこで期間延長した今年度は、これまでのデータをさらに詳しくバイオインフォ解析することで、代替仮説の確立を目指した。
老弱問わず、オス脳内で周期発現の見られた3963個の遺伝子を対象に、若齢群と老齢群の発現プロファイルを機械学習させて、UMAP解析により、加齢に伴う発現パターン変化の類似性でクラスタリングを行った。計42条件のパラメーターの組合せでのクラスタリング結果の中から、分類が妥当と思われる４つのクラスタリングを選別した。どれも9～12個のクラスタで構成されていた。これらのクラスタに対して、ATAC-seqによりクロマチン修飾が検出された遺伝子をマップした。
それぞれのクラスタ毎のKEGG解析から、early-life cyclerが集中するクラスタ群とlate-life cyclerが集中するクラスタ群には、それぞれ特徴的な遺伝子機能が見つかった。前者にはタンパク質代謝関連因子が多く、しかも、分解系因子であった。一方、後者は核酸も含めた糖代謝関連因子を多く含み、生合成関連因子や酸化ストレス関連因子が目立った。それらの中には、クロマチン修飾が検出された遺伝子が集中しているクラスタも見つかった。以上から、単一のマスター遺伝子の作用というよりも、何らかの代謝産物がクロマチン修飾の状態を加齢に伴って変化させることで、その代謝に関与する遺伝子群の発現調節に影響している可能性が示唆された。