Identification of histone modifications responsible for local chromatin compaction affecting transcriptional states

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長大なゲノムDNAを細胞内でコンパクトに折り畳むために、クロマチンと呼ばれる構造が形成される。クロマチンの基本単位はヌクレオソームと呼ばれ、ヒストンタンパク質８個からなる円柱構造にDNAが巻き付く。そして、多数のヌクレオソームが互いに凝集することで、高度な折り畳み構造が完成される。そのようなゲノムDNA上で行われる転写反応では、RNAポリメラーゼの遺伝子領域への結合は欠けない。ただし、ゲノムの一部に過ぎない遺伝子領域もクロマチンとして折り畳まれており、クロマチン凝集はRNAポリメラーゼの結合にとって障壁となる。そこで、クロマチン凝集と転写の関係を生化学的に明らかにする手段として、ヌクレオソームの局所密度の違いでクロマチンを分画する方法を確立した。この分画法で得られたゲノムを次世代シーケンスに応用したところ、遺伝子転写開始点でのクロマチンの凝集の程度が、転写量と逆相関することを明らかにした。この局所凝集を制御するヒストン修飾を明らかにする目的で、低凝集画分と高凝集画分に対して、ヒストン修飾に対する抗体を用いてクロマチン免疫沈降法を行った。ヘテロクロマチンの修飾であるヒストンH3の９番目と27番目のリシンのトリメチル化を検討したところ、両画分での沈降率は変わらなかった。一方、ユークロマチンの修飾であるヒストンH3の4番目のトリメチル化と27番目のアセチル化の沈降率は、高凝集画分に比べて低凝集画分で明らかに高くなっていた。したがって、これらユークロマチン・マークとして知られるヒストン修飾がヌクレオソーム間の凝集に対し負に作用することでRNAポリメラーゼが結合する局所空間を作り出し、さらに結合頻度を調節することで転写量を制御することが示唆された。