遺伝情報の取り出しを調節するクロマチン高次構造制御機構を解明～幹細胞を用いた再生医療にとって効率的な細胞分化誘導系の構築へ～
【ポイント】
- 遺伝子発現を高度に抑制するクロマチン高次構造体内部のヒストン動態制御機構を解明。
- クロマチン高次構造体を安定維持するタンパク質による高次構造体識別機構を分子レベルで解明。
- クロマチン構造制御を介した遺伝子発現制御機構の理解へ貢献。
【概要】
北海道大学大学院理学研究院の高畑信也特任講師，村上洋太教授らの研究グループは，遺伝情報の取り出しを制御するクロマチン高次構造制御機構の一端を明らかにしました。
ゲノムDNAは，ヒストンと呼ばれる塩基性タンパク質が巻き付いたヌクレオソームが連なっており，遺伝子が発現するかどうかはヌクレオソームの局所的な凝集度合いに大きく左右され，ヘテロクロマチン化した場合は，その遺伝情報が読み取られません。酵母からヒトに至るまで，生命は種を通じて，ヘテロクロマチンを上手く使うことで不要な遺伝子の情報が読み取られないようにしているのですが，ヘテロクロマチン内のヒストンタンパク質がどのように動的制御を受けているのか，またこのヘテロクロマチンが一旦形成された後ヌクレオソームレベルでどのように維持されているのかはいまだに解っていませんでした。
研究グループはクロマチン内のヒストンを抜き取ったり組み込んだりするヒストンシャペロン活性を持ち，クロマチン構造変換因子として知られるFACT（FAcilitate Chromatin Transcription）複合体の機能に着目して，分裂酵母を用いてFACTとヘテロクロマチンの関係を遺伝学的・生化学的に解析を行いました。この結果，FACT複合体はヘテロクロマチン内のヒストンH2A/H2Bの交換反応を行っていることがわかりました。またFACT複合体は，少なくとも2つの独立した認識機構によってヘテロクロマチン上へ積極的かつ選択的に結合してくること，この2つのヘテロクロマチン認識機構を同時に欠損させた分裂酵母の変異株ではヘテロクロマチンが維持されなくなり，崩壊してしまうことが明らかとなりました。さらにそれに加えて，研究グループはヘテロクロマチンを形成する上で鍵となる因子，HP1/Swi6タンパク質の変異体を多数単離してFACT複合体がこのHP1/Swi6をどのように認識するのかを解析し，認識メカニズムを分子レベルで明らかにしました。
今後，ES細胞・iPS細胞・体性幹細胞などから様々な細胞への分化が起きる時のクロマチン高次構造制御を通じた制御機構の理解に寄与するとともに，再生医療に向けた効率的な分化誘導系の構築に繋がる事が期待されます。
なお，本研究成果は，2021年8月18日（水）にCell Reports誌にオンライン公開されました。
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