遺伝子発現リプログラミングへのクロマチン構造とヒストン変異体の関与について

染色质结构和组蛋白变异参与基因表达重编程

基本信息

批准号：
21H04752
负责人：
青木不学
金额：
$ 27.04万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-05 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

受精後の1細胞期胚での全能性に関わる遺伝子発現の特徴として、緩んだクロマチン構造に依存するゲノム全域からの広範な転写が起こることをこれまで報告者は明らかにしてきた。そこで、本年度は、そのメカニズムの解明のため、クロマチンの構成要素であるリンカーヒストンH1に着目して研究を行った。すなわり、ヒストンH1には多数の変異体があり、それぞれがクロマチン構造及び遺伝子発現の調節に異なった役割を持つことが明らかとなっている。そして受精後に全能性を獲得した1細胞期胚では、それら変異体の中でクロマチンの緩みに関わっていると考えられているH1fooとH1aのみが多く発現しており、これらがこの時期の遺伝子発現の調節に関わっていることが考えられた。しかし、これまでの研究でH1fooをノックダウンしても発生に影響が見られなかったことから、そこで、本年度はH1aのノックアウト（KO）マウスをCRISPR/Cas9法によって作成し、その発生を調べると共にH1fooのクロマチンへの取り込みの影響を調べた。その結果、H1a遺伝子を欠損したマウスの作製に成功し、ヘテロKOマウス同士の交配したところ、誕生したホモKOマウスの割合がメンデル比で期待されるものよりの少なかった。さらに、H1a KOの初期発生への影響を調べたところ、2から4細胞期への発生利率がやや低下し、さらに胚盤胞期までの発生率が大きく低下していた。この低下は、母性のみの欠損においても完全欠損のものと同程度に見られたことから、H1aは母性因子として初期発生に機能していることが示された。また、H1a KO胚においてH1fooのクロマチンへの取り込みの増加は見られたかったことから、H1aの機能をH1fooが相補してはいないことが示唆された。

先前的研究人员已经表明，受精后单细胞胚胎中与全能性相关的基因表达的特征是整个基因组的广泛转录，这依赖于松散的染色质结构。因此，今年我们将研究重点放在染色质的组成部分连接组蛋白H1上，以阐明其机制。换句话说，我们已经清楚组蛋白 H1 存在多种变体，每种变体在调节染色质结构和基因表达方面都有不同的作用。在这些突变体中，只有被认为与染色质松弛有关的H1foo和H1a在受精后获得全能性的单细胞阶段胚胎中高表达，并且被认为参与了染色质松弛的调节。然而，之前的研究表明敲除H1foo对发育没有影响，因此今年我们使用CRISPR/Cas9方法创建了H1a敲除（KO）小鼠，并研究了H1foo掺入染色质的影响。结果，他们成功地培育出了缺乏H1a基因的小鼠，当杂合子KO小鼠进行杂交时，出生的纯合子KO小鼠的比例低于基于孟德尔比率的预期。此外，当我们研究H1a KO对早期发育的影响时，我们发现从2细胞到4细胞阶段的发育速率略有降低，并且直到囊胚阶段的发育速率显着降低。在仅母体缺陷的情况下，这种下降程度与完全缺陷的情况相同，表明 H1a 在早期发育过程中充当母体因素。此外，在 H1a KO 胚胎中观察到 H1foo 与染色质的结合增加，表明 H1foo 不能补充 H1a 的功能。