Elucidation of the mechanism of AML progression through a genomic structure-dependent regulation of transcriptional elongation

ヒストンH3のK4トリメチル化はES細胞や白血病細胞の未分化性維持に必須とされており、遺伝子の発現量と相関性の高いエピゲノム修飾の一つである。近年申請者はH3K4メチル化酵素SETD1Aが転写伸長補因子のCyclin Kと結合し、酵素活性とは独立した機構で急性骨髄性白血病(AML)細胞増殖に関わることを報告した(Hoshii T et al. 2018, Cell)。さらに直接的な下流標的因子を同定するため、degTAGシステムを用いてSETD1Aを速やかに分解させた後に、機能評価（細胞増殖評価、RNA発現解析、ヒストン修飾解析など）を行なった。その結果、SETD1Aは双方向プロモーター下で制御されるHead-to-Head（H2H）遺伝子群の発現に必須であり、DNA修復とミトコンドリア代謝を同時に活性化することを見出した。各種のヒストン修飾（H3K4me3, H3K27Ac, H3K79me2など）に異常は認められなかった一方で、ヒストン修飾H3K36me3は著しく減少しており、SETD1Aの標的部位にてRNA polymerase IIが顕著に蓄積することが明らかとなった。この結果から、SETD1A欠損時には転写伸長が直接的に阻害されることが明らかとなった。蓄積するRNA polymerase IIは高度にC末端ドメインCTDの5番目のSer(Ser5）がリン酸化されており、一方で２番目のSer(Ser2)は明らかな減少が観察された。この蓄積の特徴は転写の休止状態を示すものであり、SETD1Aが転写の休止状態解除に必須であることが明らかとなった(Hoshii T et al. 2022, Cell Reports）。このようにSETD1Aを介した転写伸長制御が特徴的なゲノム構造を持つ遺伝子の発現制御に必須であることが明らかとなった。

ヒストンH3のK4トリメチル化はES細胞や白血病細胞の未分化性維持に必須とされており、遺伝子の発現量と相関性の高いエピゲノム修飾の一つである。近年申請者はH3K4メチル化酵素SETD1Aが転写伸長補因子のCyclin Kと結合し、酵素活性とは独立した機構で急性骨髄性白血病(AML)細胞増殖に関わることを報告した(Hoshii T et al. 2018, Cell)。さらに直接的な下流標的因子を同定するため、degTAGシステムを用いてSETD1Aを速やかに分解させた後に、機能評価（細胞増殖評価、RNA発現解析、ヒストン修飾解析など）を行なった。その結果、SETD1Aは双方向プロモーター下で制御されるHead-to-Head（H2H）遺伝子群の発現に必須であり、DNA修復とミトコンドリア代謝を同時に活性化することを見出した。各種のヒストン修飾（H3K4me3, H3K27Ac, H3K79me2など）に異常は認められなかった一方で、ヒストン修飾H3K36me3は著しく減少しており、SETD1Aの標的部位にてRNA polymerase IIが顕著に蓄積することが明らかとなった。この結果から、SETD1A欠損時には転写伸長が直接的に阻害されることが明らかとなった。蓄積するRNA polymerase IIは高度にC末端ドメインCTDの5番目のSer(Ser5）がリン酸化されており、一方で２番目のSer(Ser2)は明らかな減少が観察された。この蓄積の特徴は転写の休止状態を示すものであり、SETD1Aが転写の休止状態解除に必須であることが明らかとなった(Hoshii T et al. 2022, Cell Reports）。このようにSETD1Aを介した転写伸長制御が特徴的なゲノム構造を持つ遺伝子の発現制御に必須であることが明らかとなった。