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反復配列がヘテロクロマチン形成を促進するメカニズムの研究

浅沼, 高寛 北海道大学

2023.12.25

概要

真核生物のゲノム DNA は、ヒストン蛋白質に巻きついてヌクレオソームと呼ばれる構
造を形成し、それが連なったクロマチンと呼ばれる高次構造をとって核内に収められてい
る。クロマチンは、その性質に基づいてユークロマチンとヘテロクロマチンの 2 種類に大
別される。ユークロマチン領域では遺伝子の発現が活発に行われる一方、ヘテロクロマチ
ン領域では遺伝子の発現が強制的に抑制される。この2つの対照的な状態はヒストンの化
学修飾によって決まり、例えばヘテロクロマチンの場合、そのヒストン H3 の 9 番目のリ
ジンのメチル化修飾(H3K9me 修飾)によって特徴づけられることが知られている。真核
生物は、H3K9me 修飾酵素とその修飾を除去する酵素の両方を持っており、ヒストンの修
飾を介してクロマチン状態の制御を行なっていると考えられている。
興味深いことに、ヘテロクロマチンは DNA が反復配列となっている領域で形成される
傾向があることが知られている。その代表的な例は、セントロメア近傍領域に存在するヘ
テロクロマチンである。セントロメア近傍領域のヘテロクロマチンは染色体分配において
重要な役割を果たしていると考えられており、多くの真核生物の染色体で共通してみられ
る特徴である。しかし、その領域の DNA 配列は生物種間で保存されておらず、それぞれ
の種特異的な反復配列で構成されている。この事実は、真核生物には DNA が反復配列に
なっていること自体を認識して、その領域のヘテロクロマチン形成を促進する機構が存在
すること示唆している。しかし、その仕組みは未だ明らかになっていない。
モデル生物である分裂酵母において、セントロメア近傍領域は高等真核生物で見られる
ような反復配列ではなく、dg/dh と呼ばれる特定の塩基配列で構成されている。過去の研
究から、dg/dh 配列からは non-coding RNA(ncRNA)が転写され、これが RNA 干渉
(RNA interference, RNAi)経路の標的となることで、ヘテロクロマチン形成が誘導される
ことが明らかになっている。RNAi 経路は、二十数塩基の small interfering RNA(siRNA)
と、siRNA を介してと結合しそれと相補的な標的 RNA を認識する Argonaute 蛋白質を中
心に構成されている。これまでの研究から、Argonaute 蛋白質が siRNA を介して核内で転
写されている ncRNA を認識・結合する際に、H3K9me 修飾酵素をその領域にリクルート
することで、ヘテロクロマチン形成が促進されることが明らかになっている。しかし一方
で、人工的な siRNA を用いることで、通常の mRNA 遺伝子をその標的として認識させて
も、ヘテロクロマチン形成は殆ど誘導されないことが明らかになっている。この結果は
RNAi 経路を介したヘテロクロマチン形成には siRNA による認識以外の要因があることが
示唆していたが、その実体はこれまで不明であった。
本研究ではまず、dg/dh 配列中には沢山の転写開始点が偏在していることを明らかにす
る。次にこの特徴こそが、dg/dh ncRNA を RNAi 経路を介したヘテロクロマチン形成の標
的たらしめているという仮説を立て、通常の mRNA 遺伝子を用いてこの特徴を人為的に
模倣することを試みる。 ...

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謝辞

本研究を行うにあたり、最後までやり切らせて頂いた村上洋太先生に厚く御礼申し上げます。

主体的に研究することの楽しさと苦しさを教えて頂いたことに深く感謝致します。

本研究における ChIP-seq 解析、sRNA 解析におけるドライ解析を担当して頂いた稲垣宗一博士、

角谷徹二博士、油谷裕幸先生に厚く御礼申し上げます。特に稲垣宗一博士には労力が無駄にな

る可能性があった当初から惜しみないお力添えをして頂き、感謝です。

また、菌株やプラスミドを分けて頂いた Robin Allshire 博士、中山潤一博士、H3K9me 抗体を分

譲して頂いた浦野健博士、ChIP-seq 解析のアドバイスを頂いた加藤太陽博士、CAGE-seq におい

て特注の解析を行なって頂いた株式会社ダナフォームの山口格様に感謝致します。

異なった研究背景を持つ視点から、控えめながらも的確なアドバイスを頂いた高橋正行博士に

深く感謝致します。いつももう一度考え直す契機になりました。

厳しい言葉で発破をかけると同時に、ミスドや鮮魚の差し入れでしばしば激励してくれた高畑

信也博士に深く感謝致します。深夜に語って下さった米国時代の話はとても励みになりました。

京都時代から最後まで伴走することになった常峰悟博士に深く感謝致します。密林に一人潜む

ゲリラ兵も同じ境遇の人がいるから最後まで頑張れるのだと思いました。

また本研究について議論し意見を述べてくれた村上研の全てのドクター陣に深く感謝致します。

修士時代にラボに受け入れて下さった松本智裕博士及び当時のラボの先輩方に深く感謝致しま

す。松本研を経験していたか、していなかったで、その後に見えていた風景もかなり違ってい

たと思います。

私の意志を尊重し続けてくれた両親と兄姉に深く感謝致します。その意味があったと少しでも

思って貰えるよう、今後も精進致します。

最後に、とても長い間支え続けてくれた妻に、決して言葉では言い尽くせない、深い感謝の意

を表します。

浅沼高寛

91

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