動植物ハイブリッド細胞「プラニマル細胞」の作製に成功――動物と植物の境界を越えた細胞の誕生――

遺伝子水平伝播（HGT）は生物の進化に新たな遺伝情報をもたらす重要な仕組みだが、真核生物間で染色体規模のDNAが移動し、安定的に維持される過程は十分に解明されていない。本研究では、単細胞紅藻シゾン（Cyanidioschyzon merolae）のゲノムを哺乳類細胞に導入し、真核細胞間の大規模な遺伝子水平伝播を実験的に再現した。細胞融合や貪食によって移入された藻類DNAは、哺乳類細胞の核に到達し、16 Mbを超えるDNAが染色体規模の構造を保ったまま維持されることが確認された。特に、一部のハイブリッド細胞では、選択圧がない条件でも95世代にわたり外来DNAが保持された。一方、移入された藻類遺伝子の約96％は転写されず、DNAメチル化の増加と抑制性ヒストン修飾（H3K9me3、H3K27me3）を伴うヘテロクロマチン化が認められた。さらに、DNAメチル化酵素DNMT3Aを欠損させると、外来ゲノムの安定的な定着と維持が著しく低下した。これらの結果は、DNAメチル化が外来ゲノムを転写抑制状態に置きながら、宿主細胞内で安定的に共存させる「エピジェネティック・ゲートキーピング」として機能することを示している。真核生物の進化や細胞内共生の成立機構の理解に加え、異種ゲノムを利用する合成生物学やゲノム設計への応用が期待される。

Horizontal gene transfer (HGT) is an important driver of evolutionary innovation, but the mechanisms by which chromosome-scale DNA is transferred and stably maintained between eukaryotic cells remain poorly understood. In this study, researchers experimentally reproduced genome-scale HGT by introducing the genome of the unicellular red alga Cyanidioschyzon merolae into mammalian cells. Algal DNA transferred through cell fusion or phagocytic uptake entered mammalian nuclei, where more than 16 Mb of foreign DNA was maintained in chromosome-scale structures. In some hybrid cell lines, transferred DNA persisted for 95 generations even without selective pressure. However, approximately 96% of the transferred algal protein-coding genes remained transcriptionally silent. This silencing was associated with increased DNA methylation and the accumulation of repressive histone modifications, including H3K9me3 and H3K27me3, resulting in heterochromatin formation. Furthermore, disruption of the de novo DNA methyltransferase DNMT3A substantially reduced the stable establishment and maintenance of foreign genomic DNA. These findings demonstrate that DNA methylation acts as an epigenetic gatekeeping mechanism, enabling host cells to accommodate and stably maintain foreign genomes while suppressing their transcription. This work provides new insights into eukaryotic evolution and the establishment of endosymbiosis, while offering a potential foundation for synthetic biology and genome engineering involving evolutionarily distant organisms.