細胞のリプログラミングによるDNAメチル化変化を利用した遺伝子発現制御の理解

利用细胞重编程导致的 DNA 甲基化变化了解基因表达调控

基本信息

批准号：
21K06143
负责人：
岡村浩司
金额：
$ 2.66万
依托单位：
National Center for Child Health and Development
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

脊椎動物の個体にはさまざまな器官や組織、細胞が存在し、それぞれにおいて異なる遺伝子の組み合わせの発現制御がなされている。本課題の目標は多くの遺伝子について、それぞれの発現に関わるDNAメチル化サイトを同定することで、まず、ヒト子宮内膜由来細胞およびそのiPS細胞株との比較解析から、マトリックスメタロプロテアーゼ(MMP)遺伝子群について結果が得られた。MMPはコラーゲンなど細胞外マトリックスを分解する酵素で、月経における剥離、脱落にも関与し、子宮内膜間質細胞においてはMMP1やMMP2の高発現が確認される。この細胞を親株としてリプログラミングによりiPS細胞株を樹立させると、幹細胞においては不要である上記2遺伝子のmRNA発現量は1/10以下に抑制される。メチル化アレイによるデータから、MMP1についてはプロモータ領域の1つのCpGサイトが重要であることを示すことができた。MMP2についてはgene bodyの離散的な数ヶ所の高メチル化が観察され、またCpGアイランドとなっているプロモータ領域ではH3K4me3修飾が細胞のリプログラミングにより消失することが確認された。また、MMP20については子宮における機能と関わりがないためか発現しておらず、iPS細胞でもオフのままであるが顕著な高メチル化を受けていることが分かった。MMP20に関する制御情報を得るためには、子宮内膜とは別のMMP20が発現している細胞をリプログラミングする必要がある。MMP1を含むMMPファミリー9遺伝子は11q22で同じ向きに遺伝子クラスタを形成しており、Hi-Cによるデータからその中にクロマチン境界を確認、メチル化が変化する遺伝子座とそうでない遺伝子座の区分けがなされ、遺伝子重複後のパラログの機能多様化をもたらす機構を追うことができた。

脊椎动物个体具有多种器官，组织和细胞，并且每个器官都受到不同基因组合的表达。该主题的目的是鉴定与许多基因表达有关的DNA甲基化位点，并首先通过对人子宫内膜衍生细胞及其IPS细胞系的比较分析来获得基质金属蛋白酶（MMP）基因组的结果。 MMP是一种降解细胞外基质（例如胶原蛋白）的酶，并参与月经期间的脱离和脱落，并且在子宫内膜基质细胞中证实了MMP1和MMP2的高表达。当通过使用该细胞作为父母线重新编程来确定IPS细胞系时，在干细胞中不需要的上述两个基因的mRNA表达水平被抑制至1/10或更少。来自甲基化阵列的数据表明，对于MMP1，启动子区域中的一个CpG位点很重要。对于MMP2，观察到基因体的几种离散的高甲基化，并证实H3K4ME3修饰在启动子区域（即CpG岛）通过细胞重编程而丢失。此外，由于它与子宫中的功能无关，因此未表达MMP20，尽管它在IPS细胞中保持不变，但发现它会受到明显的高甲基化。为了获得有关MMP20的控制信息，有必要重新编程表达与子宫内膜分开的MMP20的单元。 MMP家族9基因（包括MMP1）在11 Q22的同一取向中形成一个基因簇，HI-C的数据确认了其中的染色质边界，以及其中甲基化的位点发生了变化，并没有改变甲基化的位置，从而使我们能够跟踪基因复制后的paralog官能多样化的机制。