Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

トランスポゾン / DNAメチル化 / ヒストン修飾 / エピジェネティクス / シロイヌナズナ / エピゲノム解析 / エピゲノム

課題１「遺伝子内抗抑制修飾はどのように制御され、どのように表現型に貢献するか」抑制修飾に必要な因子の変異体にその因子を相補することにより、抑制修飾確立に必要な因子を検出する系を構築し、これを用いて、CGサイトのメチル化とヒストンH2Aのバリアントが抗抑制に影響することを示唆する結果を得ていた（To et al 2020 Nature Plants）。CGメチル化酵素の変異体を用いることで、この修飾が抑制/抗抑制の確立に大きく影響することを示せた（To et al 2022 Nature Communications）。
また、遺伝子内抗抑制経路を調べる過程でヒストンH3リジン４の脱メチル化酵素であるLDL2およびFLDの分子機能および生物学的機能を明らかにしてきた（Inagaki et al 2017 EMBO J; Inagaki et al 2021 Nature Plants）。さらにもう一つのヒストンH3リジン脱メチル化酵素であるLDL3の標的配列特異性、およびH3リジン４メチル化酵素の局在特異性から、転写がこの修飾を双方向に制御することを見出しつつある（Ishihara et al 2019 Nature Communications; Oya et al bioRxiv; Mori et al 論文準備中）。エピジェネティックな抑制/抗抑制を制御する新規経路として興味深い。
課題２「配列特異的抗抑制因子はどのような機構でゲノムの広範囲に影響するか」VANCは標的DNAに直接結合することをゲルシフトで示している（Hosaka et al2017 Nat Com）。世代をこえて継承される脱抑制の系を用い、VANCによる抗抑制の祖先型と思われる系を同定した（Sasaki et al 2022 EMBO J）。また、VANCによる抗抑制とRNAi経路との遺伝学的相互作用の解明を進めている（Sasaki et al 論文準備中）。また、分子間力顕微鏡（AFM）によって、標的DNAとVANCとの直接の結合を、動画で観察することに成功するとともに、結晶構造解析によって、DNAと相互作用する領域を特定した（Saito et al 論文準備中、Tanaka et al 論文準備中）。

エピゲノム / DNAメチル化 / ヒストン修飾 / トランスポゾン / エピジェネティック / エピジェネティクス / シロイヌナズナ / クロマチン

シロイヌナズナの遺伝子における抗抑制に働くヒストン脱メチル化酵素遺伝子IBM1の変異体と、ibm変異による発生異常をサプレスする変異であるldl2 のエピゲノム解析により、エピゲノム分化における遺伝子内H3K4me1の重要性を示した。また、低メチル化変異体の遺伝解析から、ゲノム全体での抑制クロマチンを制御する負のフィードバック機構の存在を示した(Ito et al 2015)。さらに、配列特異的にDNAメチル化喪失を引き起こすタンパク質であるVANCの標的配列がタンデムリピートを形成することで同調して速く進化することを示した。

遺伝子のON/OFF状態が細胞分裂後にまで継承される「エピジェネティック」な遺伝子制御は個体発生やゲノム進化の理解に重要なだけでなく、農学や医学にも重要である。本研究では、遺伝子ON/OFF状態の決定にヒストンタンパク質修飾の相互作用が重要であることを示し、また、エピジェネティックな抑制を除くタンパク質とその標的配列を同定した。得られた知見は、エピジェネティックな機構の理解とともに、それを制御する技術にもつながりうるものと期待できる。