Elucidation of the construction principle of animal cell chromosomes and their control mechanism

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哺乳類細胞の長大な染色体DNAは，細胞分裂周期S期の特定の時間(タイミング)で複製する数百kbから数Mb塩基対程度のまとまり(複製ドメイン)のモザイク構造でできており，染色体の構築単位としてゲノムの安定性や細胞分化，細胞機能などで重要な役割を担うが，その構築原理と制御はわかっていない。本研究では，単一細胞で複製ドメインを解析するscRepli-seq法を用いて「核内染色体機能ドメイン」の実体を示し，その形成に関わる未知のゲノム配列を同定し，その役割を明らかにすることを目指している。活性型クロマチンドメイン構築に必要な最小のゲノム単位の決定とドメインの境界を決定している配列を同定するために，ドメインレベルの複製タイミングに影響を与えるゲノム配列を同定すべく研究を進めた。初期複製ドメイン形成に関与する因子ATP依存性のBrahma-associated factor (BAF) クロマチンリモデリング複合体サブユニットBAF250aおよびBrg1について，同定したBAF感受性初期複製ドメイン内に存在する複数のBrg1結合部位を複数個に大きく分け，CRISPR/Cas9システムを用い，それぞれのゲノム領域を欠失させた変異体を作製して，scRepli-seq法で複製タイミングを解析した。後期複製へのシフトを確認した一つの短い欠失配列を，後期複製ドメインに挿入する再構成実験を行ったが大きな変化は起こらず，このエレメントは初期複製ドメインの形成に必要であるが十分ではなく，他の要素が存在する可能性という，複製ドメイン形成メカニズムの複雑さが明らかになった。ドメイン境界領域の欠失を行うなど，別のアプローチを試みている。関連研究として，脂肪細胞への分化に先行して，脂肪蓄積に関わる複数の遺伝子の複製タイミングが初期に変化することを見出し，複製ドメインの 細胞分化における役割を示した。