父母由来の遺伝子の働きを分けるゲノムの立体構造を解明 ~マウスモデルで解き明かすゲノムインプリンティング~

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2026-10-06 国立成育医療研究センター

国立成育医療研究センターなどの研究グループは、父母由来の遺伝子が異なる働きをする「ゲノムインプリンティング」について、DNAの立体構造が遺伝子発現を制御する仕組みをマウスで明らかにした。成長や脂肪蓄積に関わる父由来のMest制御領域を欠失させると、通常は母由来アレルだけが働くKlf14が父母双方から発現することを確認した。ES細胞やノックアウトマウスを用い、ゲノム編集やDNA領域間の接触解析から、Mest領域に形成されるsub-TADという立体構造がKlf14の発現を制限するモデルを提示した。さらに、両遺伝子に共通して作用するエンハンサー候補も見いだした。本成果は、インプリンティング異常による成長障害や、KLF14と関連する2型糖尿病リスクの分子機構を理解する基盤となる。ただし、現時点ではマウスを中心とした基礎研究であり、ヒト疾患への直接的な因果関係や治療効果は未確認である。

父母由来の遺伝子の働きを分けるゲノムの立体構造を解明 ~マウスモデルで解き明かすゲノムインプリンティング~

<関連情報>

代謝調節遺伝子Klf14のゲノムインプリンティングは、 Mestに固定された父方由来のサブTADによって制御される Genomic imprinting of the metabolic regulator gene Klf14 is regulated by a paternal sub-TAD anchored at Mest

Amanda Ha, Natsuki Hayashi, Aaron B. Bogutz, Benoit Moindrot, Laura Gomez, Juliette Harris, Alexandre Marcil, Frank Court, Miyuki Shindo, Philippe Arnaud, Jacques Drouin, Thierry Forné, Daan Noordermeer, Shuji Takada, Kazuhiko Nakabayashi, and Louis Lefebvre
Genes & Development  Published:September 21, 2026
DOI:10.1101/gad.353948.126

Abstract

KLF14 acts as a master regulator of gene expression in adipose tissue and variants at the human KLF14 gene show reproducible association with type 2 diabetes and metabolic syndrome. Risk alleles are only pathological when maternally inherited, consistent with the observation that KLF14/Klf14 is a maternally expressed imprinted gene in human and mouse. However, how genomic imprinting is regulated at this important locus is currently unknown. In both species, KLF14/Klf14 is located ∼200 kb away from the paternally expressed imprinted gene MEST/Mest, regulated by a maternal gametic differentially methylated region (gDMR) at its promoter. Although the Klf14 promoter is unmethylated in most tissues, maternally inherited DNA methylation marks are paradoxically required for Klf14 expression. Here, we show that Mest and Klf14 reside within the same topologically associating domain (TAD) in embryonic stem cells (ESCs), defined by biallelic CTCF binding at the boundaries. Using allele-specific 4C-seq, we show that CTCF binding to the unmethylated Mest gDMR generates a paternal allele-specific sub-TAD encompassing Klf14. CRISPR–Cas9 deletions of the paternal Mest promoter region in ESCs and in vivo in mutant mice result in loss of Mest expression and acquisition of biallelic expression at Klf14. By analyzing epigenetic marks and chromatin looping in Klf14-expressing pituitary cells, we identify a putative enhancer element shared by Mest and Klf14, providing a mechanistic model for the regulation of Klf14 imprinting. This work defines a new role for the Mest maternally methylated gDMR, revealing that it exerts long-range effects via allele-specific modulation of TAD structures and acts as an imprinting control region in the regulation of Klf14 imprinting.

細胞遺伝子工学
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