いのちの始まりを導くエピジェネティックスイッチ -ヒストン修飾H3K9me2の動的制御が遺伝子発現の目覚めを促す-

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2026-06-04 大阪大学

大阪大学大学院生命機能研究科、理化学研究所などの研究グループは、受精後の初期胚が自身のゲノムを使い始める「胚性ゲノム活性化(ZGA)」の制御機構を解明した。研究では、遺伝子発現を抑制するヒストン修飾「H3K9me2」が、受精後の2細胞期初期にマイナーZGA遺伝子領域から一時的に消失し、その後再び付加されることを発見した。この消失は、卵子由来の脱メチル化酵素KDM3A/Bによって引き起こされ、KDM3A/Bが欠損するとマイナーZGA遺伝子の発現低下と胚発生停止が生じることが判明した。また、発現後の遺伝子を再び抑制する段階では、ヒストンメチル化酵素SETDB1とG9aが異なる仕組みで協調的に働くことも明らかになった。これにより、受精直後に眠っていたゲノムを目覚めさせる「エピジェネティックスイッチ」の実体が示された。本成果は、生命の始まりにおける遺伝子制御の理解を大きく前進させるものであり、不妊治療、体細胞核移植によるクローン作製、iPS細胞作製などのリプログラミング技術の効率向上につながることが期待される。

いのちの始まりを導くエピジェネティックスイッチ -ヒストン修飾H3K9me2の動的制御が遺伝子発現の目覚めを促す-
図1. H3K9me2の動的変化によるマイナーZGA遺伝子の制御

<関連情報>

H3K9ジメチル化の動的な制御がマウスのマイナー接合子ゲノムの活性化を促進する Dynamic regulation of H3K9 dimethylation drives mouse minor zygotic genome activation

Ryo Maeda,Shunsuke Kuroki,Hiromi Shimojo,Masahiro Nagano,Masahiro Matsuwaka,Hiroshi Sasaki,Azusa Inoue & Makoto Tachibana
Nature Structural & Molecular Biology  Published:26 May 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41594-026-01811-w

Abstract

Minor zygotic genome activation (ZGA) is crucial for early development and totipotency acquisition; however, the regulatory mechanisms controlling minor ZGA gene expression remain elusive. Here, we show that mouse minor ZGA is driven by spatiotemporally dynamic regulation of H3K9 dimethylation (H3K9me2). H3K9me2 levels at the minor ZGA gene loci are reduced at the early two-cell stage and are reestablished by the morula stage. Maternal depletion of the H3K9 demethylases KDM3A and KDM3B leads to increased H3K9me2 levels and impaired minor ZGA at the early two-cell, followed by arrest at the two-cell to four-cell stage. In mouse embryonic stem cells, H3K9 at the minor ZGA loci is dimethylated. Combined loss of the H3K9 methyltransferases G9a and SETDB1 results in the synergistic derepression of minor ZGA genes. Mechanistically, SETDB1 targets the transcriptional factor Dux, while G9a broadly represses minor ZGA genes through H3K9me2 deposition linked to lamina-associated heterochromatin formation. Therefore, H3K9me2 dynamics are unveiled as an important regulator of minor ZGA, highlighting the indispensable role of epigenetic control in early embryogenesis.

細胞遺伝子工学
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