2023-08-08 九州大学
ポイント
- 新規技術の開発により、全能性を持つ受精卵に特有のゲノム構造を同定。
- ヌクレオソームポジショニングの規則性を制御するタンパク質YY1 を発見。
- 不妊・流産の原因解明など生殖医療への貢献が期待される。
概要
山梨大学生命環境学部生命工学科の石内崇士准教授、同大医工農学総合教育部博士課程の坂本瑞季、金沢大学ナノ生命科学研究所の宮成悠介准教授、九州大学生体防御医学研究所・高等研究院の佐々木裕之特命教授・特別主幹教授らの研究グループは、新たな解析技術を開発することで、これまで不明であったマウス受精卵の詳細なゲノム構造を明らかにしました。今回の発見は将来的に不妊・流産の原因解明など、生殖医療に役立つことが期待されます。
精子と卵子の受精により形成される受精卵は個体を構成するすべての細胞の源であり、全能性を持つとされます。しかし、希少な受精卵を用いた解析技術には限りがあり、全能性の理解には多くの課題が残されています。そこで本研究グループは、受精卵のように限られた細胞からでもゲノム構造を解析することのできる技術を開発することにしました。
ゲノム(DNA)上には、ヌクレオソーム(※1)が数珠のように存在しています(図1)。このヌクレオソームは、転写因子(※2)を含む多くのタンパク質がDNAに結合することを阻害するため、DNA上のどの位置にヌクレオソームが存在するのか(これをヌクレオソームポジショニングといいます)が、ゲノム機能の制御に重要となります。ヌクレオソームポジショニングを解明するにはMNase-seq法という方法が一般に用いられてきましたが、この方法には数百万の細胞が必要でした。
そこで本研究グループは、100個の細胞で解析が可能な微量MNase-seq法(※3)を開発し、マウス受精卵のヌクレオソームポジショニングを解析しました。解析の結果、受精直後の1細胞期はヌクレオソーム同士の間隔のばらつきが大きいことを見出しました。しかし、その後発生が進むにつれてヌクレオソームは一定の間隔で並ぶようになるというヌクレオソームポジショニングの動的変化を明らかにしました(図2)。さらに研究グループは解析を進め、YY1と呼ばれる因子がヌクレオソームポジショニングの規則性を制御することも明らかにしました(図3)。
本研究成果は、2023年8月3日、米国の雑誌「Genes & Development」に掲載されました。
図1 真核細胞におけるゲノムDNAの階層構造(細胞の核には、ゲノムDNAがコンパクトに収納されています。このコンパクトな収納を可能とするの がヌクレオソームであり、ヌクレオソームはヒストンタンパク質にDNAが巻きついた構造をしていま す。ヌクレオソームは数珠のように連なって存在し、その位置(ヌクレオソームポジショニング)は 遺伝子発現調節に関わります。)
用語解説
※1 ヌクレオソーム
ヒトやマウスの染色体を構成する主要なタンパク質です。ヌクレオソームはヒストン分子が8つ集まったヒストン八量体にDNA が巻きついた構造をとっています。
※2 転写因子
遺伝子の発現を調節するタンパク質です。標的DNA に結合し遺伝子の発現を上げたり下げたりします。
※3 微量MNase-seq 法
ゲノムDNA 全体におけるヌクレオソームの位置を同定することのできる次世代シーケンス技術です。細胞にMNase と呼ばれる酵素を処理すると、ヌクレオソームが存在しないDNA は分解されますが、ヒストンに巻きついたDNA は分解されません。その後、分解されなかったDNA 配列を解読することで、ヌクレオソームポジショニングを解析することができます。従来の方法では数百万個ほどの細胞が必要でしたが、本研究では、わずか100 個の細胞で行えるような技術を開発しました。
論文情報
掲載誌:Genes & Development
タイトル:Dynamic nucleosome remodeling mediated by YY1 underlies early mouse development
著者名:Mizuki Sakamoto, Shusaku Abe, Yuka Miki, Yusuke Miyanari, Hiroyuki Sasaki, and TakashiIshiuchi.
DOI:10.1101/gad.350376.122
研究に関するお問い合わせ先
山梨大学 大学院総合研究部 生命環境学域生命工学科 石内 崇士 准教授
九州大学生体防御医学研究所・高等研究院 佐々木 裕之 特命教授・特別主幹教授
