ＥＳ細胞におけるＤＮＡメチル化と脱メチル化の細胞周期依存的連続変換現象の機構解明

ES细胞中DNA甲基化和去甲基化依赖于细胞周期的持续转换机制

基本信息

批准号：
14J10904
负责人：
首浦武作志
金额：
$ 1.6万
依托单位：
Tottori University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2014
资助国家：
日本
起止时间：
2014-04-25 至 2017-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14J10904/
关键词：
エピジェネティクス ES細胞 DNAメチル化ヒストン修飾始原生殖細胞

项目摘要

本研究では、分化した細胞核が再度多能性を獲得し、幹細胞化するプロセスであるエピジェネティックリプログラミングの機構解明を目指した。DNAメチル化の正確な制御は、哺乳類の正常胚発生や細胞分化に必須である。DNAメチル化酵素には、新規付加型のDnmt3aとDnmt3b、維持型のDnmt1がある。この全ての活性を欠損したDnmt1/3a/3b TKO ESCsは、分化能を持たず、分化誘導を行うと細胞死を起こす。一方、Dnmt3a/3b欠損(DKO) ESCsは、ある程度分化可能である。このことは、DKO ESCsに残るDnmt1が、分化を制御できることを示唆している。Dnmt1酵素は、in vitroで非メチル化DNAを基質としてメチル化できることから、Dnmt1の新規メチル化活性については長く議論されてきた。しかし、胚発生過程におけるDnmt1の新規メチル化活性の存在や機能については、いまだ不明な点が多い。これまでに、Dnmt1の新規付加活性は未分化なESCsでは検出感度以下であるが、分化依存的に増加することを見出した。また、TGFbシグナルの活性化剤ActivinA、Tet酵素やヒストンH3K9の脱メチル化酵素を活性化するビタミンC、ヒストン脱アセチル化阻害剤などのクロマチンを活性化する薬剤を用いて培養をするとDnmt1による新規メチル化が亢進した。以上から、Dnmt1の新規メチル化活性にはクロマチン活性化が必要であると考えられる。また、DNAのメチル化レベルの低いDnmts欠損ESCsでは、分化早期に中内胚葉や始原生殖細胞(PGCs)マーカーの発現上昇が見られた。よって、クロマチン緩和を伴うリプロフラミング時には、その脱分化プロセスを負に調節する機構が必要であり、Dnmt1の新規メチル化活性がDnmt3a/3bの働きを補強することで正常発生を制御している可能性が考えられる。

在这项研究中，我们旨在阐明表观遗传重编程的机制，在该过程中，分化的细胞核再次获得多能元并变成干细胞。 DNA甲基化的精确控制对于哺乳动物的正常胚胎发育和细胞分化至关重要。 DNA甲基酶包括DNMT3A和DNMT3B的新添加形式，以及DNMT1的维持形式。缺乏所有这些活动的DNMT1/3A/3B TKO ESC没有分化潜力，并在诱导分化后会导致细胞死亡。另一方面，DNMT3A/3B缺陷（DKO）ESC在某种程度上是可区分的。这表明剩余的DNMT1在DKO ESC中可以调节分化。 DNMT1的新型甲基化活性长期以来一直在争论，因为DNMT1酶可以甲基化的未甲基化DNA作为体外的底物。但是，关于胚胎发育过程中新型DNMT1的新甲基化活性的存在和功能仍然存在许多未知数。到目前为止，我们发现DNMT1的新添加活性在未分化的ESC中低于检测灵敏度，但以分化依赖性方式增加。此外，当使用激活染色质的剂（例如Activina），TGFB信号的激活剂，维生素C激活TET酶和组蛋白H3K9的脱甲基酶的维生素C以及组蛋白脱乙酰基化的抑制剂，DNMT1的新甲基化。从以上，人们认为染色质激活对于DNMT1的新甲基化活性是必需的。此外，在早期分化过程中，DNMTS缺陷ESC的DNA甲基化水平较低，表现出中胚层和原始生殖细胞（PGCS）标记的表达增加。因此，在用染色质松弛重新启动期间，需要对调节去分化过程进行负调节过程的机制，而DNMT1的新型甲基化活性可能会增强DNMT3A/3B的功能以调节正常发育。