Epigenomic analysis of articular cartilage superficial zone cells

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本研究課題では、関節軟骨障害の修復起点としての関節表層細胞に着目した軟骨分化機構の解明を目的とした。中でも、遺伝子発現制御を担うDNAメチル化やヒストンの化学修飾変化が細胞の記憶とその機能発現に重要であることから、特に細胞内外の亜鉛濃度の変化によるエピジェネティクスな制御による骨格変化を解析した。亜鉛トランスポータZIP10欠損マウスを用いて細胞内外の亜鉛濃度の変化にともなう骨格解析を行ってきた。ZIP10欠損マウスは、四肢短縮に加え全身の骨格障害を生じ、ZIP10を欠損した骨芽細胞は骨化能が低下した。関節の成長板の軟骨細胞の不規則な配列と骨化の促進がみられ、軟骨分化異常が生じていると考えられた。表層細胞は、軟骨細胞へ誘導可能な前駆細胞様の性質を保持しており、RNA-sequence法を用いた網羅的発現解析から、骨代謝調節の異常と細胞の生死、エキソソームなどの細胞外vesicleを制御していた。表層細胞が保持する幹細胞や前駆細胞といった未分化な状態の細胞は、環境因子の影響を受け分化が進行することか ら、細胞内外の亜鉛濃度の変化は幹細胞や前駆細胞の細胞環境に大きく影響し、DNAのメチル化や転写因子の結合配列の化学修飾などエピジェネティクスな制御が働くことで細胞分化異常を生じると予想された。今後は、Zip10の発現制御下での軟骨分化過程におけるDNAやヒストンの化学修飾変化を検討し骨代謝調節因子を制御する候補因子のDNAをターゲットとしたCRISPR/Cas9 を用いた脱メチル化システムを構築する予定である。クロマチンレベルのエピゲノム解析には、scATAC-seqが有効であり、シングルセルレベルでの遺伝子発現制御についても解析を進めていく予定である。