転写因子Sox9による軟骨形成の時相・細胞特異的遺伝子制御機構を解明~マウス胎仔四肢芽において発生段階・細胞集団ごとに異なる遺伝子制御ネットワークを同定~

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2026-03-04 東京科学大学

東京科学大学の研究チームは、マウス胎仔の四肢芽を用いて、軟骨形成のマスターレギュレーターである転写因子Sox9の遺伝子制御機構を単一細胞レベルで解析した。胎生E9.5~E13.5の5段階でシングルセルRNAシークエンスとCUT&RUN解析を統合した結果、Sox9を高発現する細胞は3種類の軟骨前駆細胞と成熟軟骨細胞の計4集団に分類されることが判明した。さらにRNA velocity解析により、各前駆細胞集団から成熟軟骨細胞へ至る複数の独立した分化経路が存在する可能性が示された。また、Sox9の標的遺伝子は発生段階や細胞集団ごとに変化しており、単一の遺伝子プログラムではなく、時相や細胞状態に応じて柔軟に制御されていることが明らかとなった。本研究は、骨格形成の分子メカニズムを理解するための基盤データを提供するものであり、軟骨形成異常などの骨・軟骨疾患の理解や再生医療研究への応用が期待される。

転写因子Sox9による軟骨形成の時相・細胞特異的遺伝子制御機構を解明~マウス胎仔四肢芽において発生段階・細胞集団ごとに異なる遺伝子制御ネットワークを同定~
図1. 肢芽におけるSox9の時相・細胞特異的な標的の同定

<関連情報>

マウス胎児肢芽におけるSox9による軟骨形成遺伝子プログラムの段階およびクラスター特異的制御 Stage- and cluster-specific regulation of chondrogenic gene programs by Sox9 in mouse embryonic limb buds

Masayasu Sega ∙ Yutaro Uchida ∙ Tomoki Chiba ∙ … ∙ Kohei Kita ∙ Naoyuki Miyasaka ∙ Hiroshi Asahara
iScience  Published:February 18, 2026
DOI:https://doi.org/10.1016/j.isci.2026.115074

Highlights

  • Three chondroprogenitor clusters and mature chondrocytes show stage-dependent dynamics
  • CUT&RUN of Ty1-tagged Sox9 reveals stage- and cluster-specific chromatin occupancy
  • Integration of CUT&RUN and scRNAseq identifies Sox9 targets in chondrocyte maturation
  • Sox9 regulates transcriptional networks across cartilage developmental stages

Summary

Cartilage formation in the limb is initiated and sustained by Sox9, though how its regulatory outputs evolve across developmental time and cell states remains unclear. Here, we integrate single-cell RNA sequencing of mouse forelimb buds across five stages (E9.5–E13.5) with CUT&RUN profiling of Ty1-tagged Sox9 at E11.5 and E13.5. We identify four Sox9-high populations—three chondroprogenitor clusters and mature chondrocytes—with distinct dynamics, and RNA-velocity infers independent trajectories from each progenitor cluster to maturation. Sox9 chromatin occupancy shows a conserved motif signature but undergoes stage- and cluster-dependent reconfiguration, aligning with shifts in extracellular matrix, cell-cycle, and patterning programs. Integrative analysis links these binding differences with coordinated transcriptional changes, suggesting that Sox9 operates through context-associated regulatory modes rather than a single uniform program. Our study provides a stage-resolved regulatory map of Sox9-associated regulation during chondrogenesis and a resource for limb mesenchyme.

医療・健康
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