脱メチル化ターゲット配列データベースの作成と共通モチーフの解明

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神経幹細胞の分化系を用いてゲノムワイドなメチル化の解析をおこなった。マウスの11.5日胚からとりだした神経幹細胞は神経にしか分化することはできない。それに対し14.5日胚からとりだした神経幹細胞は神経にもアストロサイトにも分化することができる。一見同じようにみえる神経幹細胞にこのような違いがみられるのはエピジェネティクな違いであると考えられる。その根拠はGfapというアストロサイトの分化マーカー遺伝子はSTAT3という転写因子により活性化されることが知られているが、11.5日胚由来の神経幹細胞ではGfap遺伝子におけるSTAT3の結合サイトがメチル化されているのに対し、14.5日胚では脱メチル化されていることがわかっているからである。そこで我々は、Gfap以外の遺伝子においても同様にアストロサイトの分化に必要な遺伝子の脱メチル化が起こっているのではないかと考え、ゲノムワイドなメチル化のプロファイリングをおこなった。その結果、14.5日胚由来の神経幹細胞では11.5日胚由来の神経幹細胞と比較し脱メチル化がおこっている遺伝子が多くあることがわかった。これらの遺伝子の多くはアストロサイトにおいても脱メチル化されて発現が誘導されており、ゲノムワイドな脱メチル化はアストロサイトの分化に重要な働きをしていることがわかった。しかしながらこれらの遺伝子のオントロジーの解析をおこなったところ強い特徴はなかった。また保存されたSTAT3の結合配列もみられなかった。一方、14.5日胚由来の神経幹細胞においてメチル化される遺伝子はほとんどなかったが、最終的に分化したアストロサイトにおいてはメチル化される遺伝子が多く見られた。またおもしろいことにこれらの遺伝子のオントロジーの解析をおこなったところ発生、転写関連遺伝子が多いことがわかった。これは分化が終わった細胞においては分化に必要な遺伝子が不活性化し、細胞の分化状態を安定化しているのではないかと推測される。またこれまでの癌などのゲノムワイドなプロファイリングにおいてメチル化されている遺伝子においてやはり発生、転写関連が多かったことから、発生、転写関連遺伝子がDe novoのメチル化のターゲットとなっているのではないかと考えた。そこでDe novoのメチル化酵素の1つであるDnmt3aのノックアウトマウスで脱メチル化されている遺伝子、つまりDnmt3aによりメチル化される遺伝子をゲノムワイドにプロファイリングしたところ発生、転写関連遺伝子が多いことがわかり、我々の推測が正しいことが証明された。