Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

遺伝子発現リプログラミング / 1細胞期胚 / 未受精卵 / ヒストン変異体 / リプログラミング / 遺伝子発現 / クロマチン構造

受精前後において、分化した卵から全能性を持つ受精卵へと変化するが、その際に大規模なクロマチン構造の変化を伴う遺伝子発現のリプログラミングが起こる。一方、クロマチンを構成するコアヒストンおよびリンカーヒストンには様々な変異体が存在し、それらがクロマチン構造および遺伝子発現の調節に大きく関わっていることが知られている。そこで本研究では、ヒストン変異体に着目し、遺伝子発現リプログラミングを調節するメカニズムの解明を目指す。
本年度は、受精前後におけるヒストン変異体の置換とクロマチン構造の変化との関連を明らかにすることを目的とした。これまでの研究では、ヒストン変異体のゲノム上の配置については、ChIPやCUT＆RUNによる解析が行われてきているが、これらは単に配置を調べるだけで、クロマチン構造との関連は明らかにできない。そこで、塩析を行った後にCUT＆RUNを行うことでこれらの関連を解析する手法を考案した。すなわち、塩析によるヌクレオソームからのヒストンの離脱を指標としたクロマチン構造の解析とCUT&RUNによる配置の解析を複合させた手法である。
そこでまず予備段階として、EGFPを結合させたH2Bを1、2細胞期胚に取り込ませ、塩濃度を変化させてそのクロマチンからの乖離を調べたところ、クロマチン構造が緩んでいる1細胞期胚では、2細胞期胚と比較して低い塩濃度から乖離が始まっていた。また、H3変異体の特異抗体による免疫染色での検出では、変異体間で乖離が起こる塩濃度に違いが見られた。さらにH3変異体に依存するヒストン修飾に関しても、それらの間で乖離度に違いがあった。しかし、まだ乖離が始まる前の低い塩濃度で処理した際に、未処理のものよりもH3変異体や修飾のシグナルが増加するという現象が見られ、これらは解析の精度に悪影響をもたらすものと考えられ、その改善が必要と考えられた。

遺伝子発現 / リプログラミング / 初期化 / 初期胚 / 減数分裂 / 核移植 / クローン動物 / ヒストンアセチル化 / 遺伝子発現リプログラミング / 未受精卵 / ヒストン脱アセチル化酵素 / マウス

受精前後における遺伝子発現プログラムの初期化機構を解明する目的で研究を行った。まず初期化の機構について、「初期化には、cell memoryの消去が必要である」との仮説を立て、この仮説の検証を行い、さらにcell memoryを消去する機構の解明を行うこととした。
そこで、cell memoryのマーカーとして近年注目を集めているヒストンのアセチル化について調べた。体細胞、および受精後の初期胚の体細胞分裂期における様々なヒストンのリジン残基のアセチル化状態についてそれぞれの特異抗体を用いて免疫染色法により調べた結果、体細胞およびすべての発生段階の胚においてほとんどのリジン残基が分裂期においてもアセチル化されたままであり、これらがcell memoryのマーカーとして機能しているという仮説を支持するものであった。続いて、減数分裂中の卵におけるヒストンのアセチル化状態を調べた。GV卵では調べたすべてのリジン残基がアセチル化されていたものが、減数分裂に入るとすぐにすべてのアセチル化が消失し、第2減数分裂中期まで脱アセチル化されたままであった。さらに、体細胞核を未受精卵に移植することにより遺伝子発現のリプログラミングが起こることが知られているため、移植後に凝集した染色体におけるヒストンアセチル化状態を調べたところ、上記のすべてのリジン残基においてアセチル化が消失していた。
以上により、減数分裂特異的なヒストンの広範な脱アセチル化が、受精前の遺伝子発現の初期化機構に関与していることが示唆された。
さらに、この減数分裂期特異的なヒストンの脱アセチル化は、脱アセチル化酵素がこの時期特異的に染色体に結合できることによることを示し、その調節にp34^<cdc2>が関与していることを明らかにした。

【研究分担者】
酒井仙吉	東京大学	大学院・農学生命科学研究科	教授	(Kakenデータベース)