染色体の高次構造解析を用いた多能性獲得機構における遺伝子発現制御システムの解明

多能性獲得や維持に関わる染色体高次構造による遺伝子発現の制御機構を調べるため、多能性幹細胞に特異的な染色体相互作用の同定を試みた。初年度の解析では、当初の予定とは異なり多能性に特異的なエンハンサーと相互作用するゲノム領域を同定するには至らなかった。一方で、多能性幹細胞において分化関連遺伝子のコード領域同士が相互作用することが示唆された。本年度は、前述の相互作用に関与するタンパク質を同定するため、相互作用領域に観られるヒストン修飾等に関する解析を昨年度に引き続き行った。その結果、多能性獲得や維持に関与するヒストン修飾因子が分化関連遺伝子の相互作用領域に多く結合していることを見出した。さらに、発現抑制実験によって、このヒストン修飾因子が特定の分化関連遺伝子の相互作用に必要であることを確認した。これらの結果から、同定したヒストン修飾因子は多能性幹細胞において、分化関連遺伝子の共局在を介してその発現を協調的に制御し、多能性獲得や維持に関与していることが示唆された。又、多能性幹細胞に特異的なエンハンサーとゲノム配列上10 Mbp以上離れた多能性関連遺伝子のコード領域との相互作用を同定し、多能性幹細胞における遺伝子発現の制御機構において染色体高次構造が重要な役割を担っているという知見を得るに至った。これらの結果から染色体の三次元構造を通した遺伝子発現の制御が、多能性獲得や維持の重要な分子基盤となっている可能性が示唆された。現在、染色体高次構造のみを操作する手法が無いため、本研究では染色体高次構造と遺伝子発現の制御や細胞の運命転換との間接的な関係を調べるに留まっており、今後、染色体相互作用が遺伝子発現の制御に寄与していることを直接的に評価する手法の確立が望まれる。

多能性獲得や維持に関わる染色体高次構造による遺伝子発現の制御機構を調べるため、多能性幹細胞に特異的な染色体相互作用の同定を試みた。初年度の解析では、当初の予定とは異なり多能性に特異的なエンハンサーと相互作用するゲノム領域を同定するには至らなかった。一方で、多能性幹細胞において分化関連遺伝子のコード領域同士が相互作用することが示唆された。本年度は、前述の相互作用に関与するタンパク質を同定するため、相互作用領域に観られるヒストン修飾等に関する解析を昨年度に引き続き行った。その結果、多能性獲得や維持に関与するヒストン修飾因子が分化関連遺伝子の相互作用領域に多く結合していることを見出した。さらに、発現抑制実験によって、このヒストン修飾因子が特定の分化関連遺伝子の相互作用に必要であることを確認した。これらの結果から、同定したヒストン修飾因子は多能性幹細胞において、分化関連遺伝子の共局在を介してその発現を協調的に制御し、多能性獲得や維持に関与していることが示唆された。又、多能性幹細胞に特異的なエンハンサーとゲノム配列上10 Mbp以上離れた多能性関連遺伝子のコード領域との相互作用を同定し、多能性幹細胞における遺伝子発現の制御機構において染色体高次構造が重要な役割を担っているという知見を得るに至った。これらの結果から染色体の三次元構造を通した遺伝子発現の制御が、多能性獲得や維持の重要な分子基盤となっている可能性が示唆された。現在、染色体高次構造のみを操作する手法が無いため、本研究では染色体高次構造と遺伝子発現の制御や細胞の運命転換との間接的な関係を調べるに留まっており、今後、染色体相互作用が遺伝子発現の制御に寄与していることを直接的に評価する手法の確立が望まれる。