神経分化や行動による遺伝子発現とヒストンH2A.zによるエピジェネティック制御

点击翻译按钮获取中文摘要

私は主に核内の現象に着目して、小脳における学習と記憶のメカニズムを明らかにすること目指してきた。アメリカのワシントン大学のBonni研究室と共同研究を行い、小脳依存的な学習と記憶の行動実験時における核内の変化について研究してきた。そして彼らが新たに開発した小脳依存的な学習と記憶のパラダイムを用い、行動実験後にマウスの小脳組織を回収し、遺伝子発現やヒストン修飾やクロマチンの高次構造などのゲノム状態をシークエンス技術により解析した。小脳は運動と感覚の統合を司る器官であり、歩行などの単純な行動によっても神経細胞が活性化される。そこでまず学習と記憶に関与する遺伝子群を、マウスの動きによって活性化される遺伝子群から分離することを考えた。そして統計的に似た挙動を示す遺伝子をグループ分けするWGCNAを用い、多くのRNA-seqのデータより、マウスの小脳における全ての遺伝子発現を２６グループに分類した。その結果、異なった行動によって異なった組み合わせのグループが活性化されることを見出した。そこで次にこれら学習や記憶によって活性化する遺伝子群に注目し、その制御機構を明らかにすることを試みた。マウス個体において、歩行や記憶などの刺激は組織全体の数パーセント以下の神経細胞のみを活性化するので、活性化した神経細胞を集めて生化学的な解析をすることは難しい。そこで我々は光遺伝学を用いて人工的に神経細胞の脱分極を誘導し、遺伝子発現のメカニズムを明らかにすることにした。Bonni博士らは光遺伝学を用いて小脳のある特定の神経細胞を活性化することで、記憶を誘導できることを確認した。そこで私は特に光遺伝学によって脱分極が誘導された神経細胞群の生化学的な解析を行い、ヒストン修飾やゲノム高次構造の変化に関する知見を得た。そして小脳の学習と記憶における遺伝子発現の制御機構に関する知見をまとめ、論文として報告した。