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10月2日 細胞分化研究は進化し続けている(9月30日号 Nature 掲載論文)

2021年10月2日

ゲノムに様々な転写因子が結合可能かどうかは染色体の構造で決まっていることが多く、染色体が閉じておれば、いくら結合サイトがあっても転写因子は結合できず、遺伝子は発現できない。染色体が開いているか閉じているかを調べる方法として、我々の時代はDNA分解酵素に抵抗性があるかどうかで調べる方法が用いられていたが、現在はトランスポゾンがオープンな染色体に飛び込むことを利用したATAC-seqと呼ばれる方法が利用されている。この手法については、2015年にこのHPで初めて紹介したが(https://aasj.jp/news/watch/3843)、一読したときから可能性の大きさを感じた。そのときの予感は的中し、今やsingle cellレベルでも染色体の状況を調べることができるようになっている。

今日紹介するニューヨーク大学からの論文は、介在神経の運命決定過程に焦点を絞って、single cell RNAseq(scRNAseq)とsingle cell ATAC-seq(scATAC)を組み合わせて、細胞分化過程でのクロマチン変化のダイナミズムを調べた研究で、細胞分化決定研究が大きく変化していることを覗わせる面白い研究で、9月30日号のNatureに掲載されている。タイトルは「Genetic and epigenetic coordination of cortical interneuron development(皮質の介在神経発生の遺伝的、エピジェネティック的協調)」だ。

これまで、scRNAseqやscATACを用いる論文は多く読んできたが、この研究のように両方の結果を統合して提示する努力はそれほど多くないと思うし、私にとってはこの論文が最初だと思う。もちろん全ての実験で、一つの細胞で両方のアッセイを組み合わせるのは難しいと思うが、一部の実験ではRNAseqとATACを同時に行っている。

さらに、神経発生では細胞が、分裂中か、分裂を終えたか、は重要な指標なので、これを区別できるマウスの脳を用いて解析を行っている。すなわち、最初から用意周到に研究が計画されている。

研究対象は、内側基底核隆起で分化増殖した後、皮質へと移動する2種類の介在神経(PVとSSTと呼んでおく)の分化決定過程で、マウス発生の様々な時期に脳から採取した細胞を、scRNAseqとscATACで解析し、後はその結果から、運命決定に関わる転写ネットワークがどう成立しているのかを解析している。

結果だが、

  1. 成熟介在神経の遺伝子発現パターンは、生後2日ぐらいから検出できるようになるが、その前は分化決定遺伝子もオーバーラップして発現し、様々なネットワークが混在している。
  2. 異なる方法でも、同じ分化の道筋を描くことができるが、分化決定に関わる遺伝子では、それを取り巻く染色体の構造が生後急速に固定される。その結果、染色体によるエピジェネティックな調節により、分化最終段階を安定化することができる。
  3. これまでPV介在神経の分化に必須とされてきたMef2cをノックアウトすると、実際にはPV細胞だけでなく、未分化段階やSST細胞の遺伝子発現パターンやクロマチン構造の変化を誘導していることがわかる。すなわち一つの転写因子の機能を知るためには、それ自体がどの分子を誘導するのかだけでなく、転写ネットワーク全体での関与を基盤に分化決定への寄与を算定する必要がある。
  4. Mef2cノックアウトのケースを例に、標的遺伝子からなる遺伝子ネットワークを理論的に構築することで、それぞれの遺伝子発現パターンから分化の道筋を予測できることも示している。

分化決定研究としては、常識的な結論なのだが、これを裏付ける実際のデータが、実際の遺伝子発現レベルと、それに関わる染色体構造の変化として得られている点が重要だと思う。この論文では、データの詳しい解析による発見とまでは至っていないが、このようなデータは重要な情報が満載で、是非分化決定に興味のある多くの人が利用して、大きな発見につながって欲しいと思う。


  1. Okazaki Yoshihisa より:

    標的遺伝子からなる遺伝子ネットワークを理論的に構築し、それぞれの遺伝子発現パターンから分化の道筋を予測できることも示している。
    Imp:
    面白いです。
    細胞分化制御へ一歩前進!!

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