細胞のリプログラミングによるDNAメチル化変化を利用した遺伝子発現制御の理解

利用细胞重编程导致的 DNA 甲基化变化了解基因表达调控

基本信息

批准号：
21K06143
负责人：
岡村浩司
金额：
$ 2.66万
依托单位：
National Center for Child Health and Development
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

脊椎動物の個体にはさまざまな器官や組織、細胞が存在し、それぞれにおいて異なる遺伝子の組み合わせの発現制御がなされている。本課題の目標は多くの遺伝子について、それぞれの発現に関わるDNAメチル化サイトを同定することで、まず、ヒト子宮内膜由来細胞およびそのiPS細胞株との比較解析から、マトリックスメタロプロテアーゼ(MMP)遺伝子群について結果が得られた。MMPはコラーゲンなど細胞外マトリックスを分解する酵素で、月経における剥離、脱落にも関与し、子宮内膜間質細胞においてはMMP1やMMP2の高発現が確認される。この細胞を親株としてリプログラミングによりiPS細胞株を樹立させると、幹細胞においては不要である上記2遺伝子のmRNA発現量は1/10以下に抑制される。メチル化アレイによるデータから、MMP1についてはプロモータ領域の1つのCpGサイトが重要であることを示すことができた。MMP2についてはgene bodyの離散的な数ヶ所の高メチル化が観察され、またCpGアイランドとなっているプロモータ領域ではH3K4me3修飾が細胞のリプログラミングにより消失することが確認された。また、MMP20については子宮における機能と関わりがないためか発現しておらず、iPS細胞でもオフのままであるが顕著な高メチル化を受けていることが分かった。MMP20に関する制御情報を得るためには、子宮内膜とは別のMMP20が発現している細胞をリプログラミングする必要がある。MMP1を含むMMPファミリー9遺伝子は11q22で同じ向きに遺伝子クラスタを形成しており、Hi-Cによるデータからその中にクロマチン境界を確認、メチル化が変化する遺伝子座とそうでない遺伝子座の区分けがなされ、遺伝子重複後のパラログの機能多様化をもたらす機構を追うことができた。

脊椎动物个体中存在多种器官、组织和细胞，并且每个器官中控制着不同基因组合的表达。该项目的目标是鉴定参与许多基因表达的DNA甲基化位点，首先，我们将对人类子宫内膜细胞及其iPS细胞系进行比较分析，以鉴定基质金属蛋白酶（MMP）位点。基因组。 MMP是一种降解胶原蛋白等细胞外基质的酶，也参与月经期间的脱屑和脱落，并且已证实MMP1和MMP2在子宫内膜基质细胞中高表达。当使用该细胞作为亲本系通过重编程建立iPS细胞系时，干细胞中不需要的上述两种基因的mRNA表达水平被抑制至小于1/10。甲基化芯片数据表明，启动子区域的一个 CpG 位点对于 MMP1 很重要。对于MMP2，在基因体的几个离散位置观察到高甲基化，并且还证实启动子区域（CpG岛）中的H3K4me3修饰由于细胞重编程而消失。此外，MMP20没有表达，可能是因为它与其在子宫中的功能无关，并且发现即使iPS细胞也保持关闭状态，但明显高甲基化。为了获得有关 MMP20 的调控信息，有必要对与子宫内膜分离的表达 MMP20 的细胞进行重新编程。包括MMP1在内的MMP家族9基因在11q22上以相同方向形成基因簇，Hi-C数据确认了簇内的染色质边界，并且可以区分甲基化改变的基因座和甲基化不改变的基因座我们能够追踪基因复制后导致旁系同源物功能多样化的机制。