マウス胚性幹細胞分化に伴うゲノムの核内高次折り畳み構造変化の分子基盤

小鼠胚胎干细胞分化过程中基因组核高阶折叠结构变化的分子基础

• 批准号: 22870033
• 负责人: 平谷 伊智朗
• 金额: $ 2.01万
• 依托单位: National Institute of Genetics
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• 财政年份: 2010
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2010 至 2011
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22870033/
• 关键词: 生物・生体工学; ゲノム; 遺伝子; 発生・分化

哺乳類発生過程において、未分化な胚細胞は分化に伴ってグローバルな染色体構造を変化させる。この構造変化は、細胞のエピジェネティックな変化を表象したものと考えられるがその意義は未だ不明である。私はこの構造変化が顕著に認められる染色体領域及び発生時期をゲノムワイドDNA複製タイミング解析とFISH及び電顕解析により検討した結果、マウスES細胞が後期epiblast様細胞(EpiSC細胞)に分化した時点で大きな染色体構造変化が起こることを見出した。本研究は、この変化がマウス初期発生における重要な分岐点であるという仮説に立脚し、その分子基盤の解明を目的とした。具体的には、マウスES細胞のEpiSC細胞への分化系を確立し、siRNA作製・導入の系を確立し、ES細胞のEpisc細胞への分化を阻害する因子をsiRNAスクリーニングにより同定することを目標に設定した。昨年度はsiRNA作製・導入の系を確立した。また実験的困難に伴い当初の予定を変更して雌胚性癌腫細胞のX染色体不活性化/再活性化を指標としてsiRNAスクリーニングを行うことを計画した。マウスES細胞のEpisc細胞への分化はX染色体不活性化を伴うが、私はX染色体不活性化がこの時期に起きる重要なクロマチン構造変化の一つと考えている。また、雌胚性癌腫細胞のX染色体不活性化の解除に伴って常染色体の核内配置も一部変化したため(FISH 解析)この培養系でグローバルな染色体構造変化が実際に起きていることが示唆された。ゆえに、この新たなスクリーニング計画は当初の研究目的に沿うものである。本年度は胚性癌腫細胞のX染色体不活性化/再活性化を人為的に引き起こして全ゲノム遺伝子発現のプロファイル変化を調べ、染色体構造変化に関与する可能性のある候補遺伝子をリストアップした。現在リストの上位70のsiRNAを作製し、表現型解析を行っている。

在哺乳动物发育过程中，未分化的胚胎细胞在区分时会改变整体染色体结构。人们认为这种结构变化代表了细胞的表观遗传变化，但其意义尚不清楚。我研究了染色体区域，其中观察到这些结构变化，并使用全基因组DNA复制时间分析，鱼类和电子显微镜分析进行发育的时间，并发现当小鼠ES细胞分化为晚期层状细胞（EPISC细胞）时，发生了重大的染色体变化。这项研究基于以下假设：这种变化是早期小鼠发育的重要分支点，旨在阐明其分子基础。具体而言，目的是建立小鼠ES细胞的分化系统到EPISC细胞中，建立一个用于siRNA生产和引入的系统，并确定通过siRNA筛选抑制ES细胞将ES细胞分化为EPISC细胞的因素。去年，我们建立了一个用于生产和引入siRNA的系统。此外，由于实验困难，我们计划更改初始计划，并使用X染色体灭活/重新激活女性胚胎癌细胞作为指标进行siRNA筛选。小鼠ES细胞为EPISC细胞的分化涉及X染色体灭活，但我认为X染色体失活是此期间发生的重要染色质结构变化之一。此外，随着女性胚胎癌细胞的X染色体灭活的释放，常染色体核排列也发生了部分变化（FISH分析），这表明在该培养系统中实际上发生了全球染色体构象变化。因此，该新的筛选计划符合原始研究目的。今年，我们通过人为地引起X染色体失活/重新激活胚胎癌细胞的X染色体灭活/重新激活，研究了整个基因组表达的变化，并列出了可能参与染色体构象变化的候选基因。目前，正在生产列表上的前70个siRNA，并进行表型分析。

项目成果

Evolutionarily conserved replication timing profiles predict long-range chromatin interactions and distinguish closely related cell types

• DOI: 10.1101/gr.099655.109
• 发表时间: 2010-06-01
• 期刊: GENOME RESEARCH
• 影响因子: 7
• 作者: Ryba, Tyrone;Hiratani, Ichiro;Gilbert, David M.
• 通讯作者: Gilbert, David M.

Genome-Wide Dynamics of DNA Replication Timing Revealed by In Vitro Models of Mouse Embryogenesis-Implications for Higher-Order Genome Organization And Its Developmental Regulation

小鼠胚胎发生体外模型揭示的全基因组 DNA 复制时序动态——对高阶基因组组织及其发育调控的影响

• 发表时间: 2011
• 作者: 政池知子;他;平谷伊智朗
• 通讯作者: 平谷伊智朗