メチル化DNAやアセチル化／メチル化／リン酸化ヒストンなどの研究に！ エピジェネティクスカタログ -メチル化DNA・ヒストン・ChIP解析など-

■　DNAのメチル化（メチレーション）

DNAは、DNAメチルトランスフェラーゼと呼ばれる酵素の働きによって、5’-CG-3’のシトシン基（CpG）がメチル化されます。DNAのメチル化によって、遺伝子の発現や細胞の分化、発生といった様々な細胞内の働きを制御しています。また、DNAのメチル化は様々な疾患のバイオマーカーとしても注目されています。

■　5-ヒドロキシメチルシトシン（5-hmC）

5-ヒドロキシメチル化シトシン（5-hmC）は、様々な生物種に存在するシトシン修飾体の一つで、ヒトやマウスの神経組織では高レベルでその存在が確認されています。幹細胞の自己複製、がんの発症や進行、神経疾患など多くの分野においてエピジェネティックな潜在因子として注目を集めています。ここ数年、DNAのヒドロキシメチル化についての研究が行われてきましたが、その生物学的な役割については未だ不明な点が多く残されています。
“6種類目の塩基”と考えられている5-hmCは、DNA脱メチル化経路において中間体としての役割を担っていると推測されていますが、それ自体が新たなエピジェネティックな調節を担っている可能性があります。

DNAメチル化／脱メチル化に関わる因子

DNAメチルトランスフェラーゼ（DNMT)阻害物質

■　TET（Ten-Eleven Translocation）

TET（Ten-Eleven Translocation）はエピジェネティクス研究における新しい因子で、5-mCを5-hmCへ変換する反応を触媒します。TET1/TET2はES細胞で、TET3は卵細胞で高発現しており、転写調節において重要な役割を果たしていると考えられています。2009年に、TET1（Ten-eleven translocation 1）タンパク質が、DNAの脱メチル化に関与している可能性がある因子として同定されました。5-メチル化シトシン（5-mC）の脱メチル化において、中間体として5-ヒドロキシメチル化シトシン（5-hmC）を経由すると考えられており、TET1は5-mCを5-hmCに酸化する反応を触媒します。TET1は最初、急性骨髄性白血病に関与する遺伝子転座から発見されました。TET1の変異は様々な悪性腫瘍や発達障害に関与していると考えられています。また胚性幹細胞において、多能性に関わる因子のプロモーターを脱メチル化することで、多能性の維持にも関与しているという報告もあります。

RNAのメチル化はmRNA, tRNA, miRNAなどの様々なRNA種の中で起こると考えられています。翻訳後修飾としてこのRNAのメチル化は、エピジェネティクス機構において重要な役割があると考えられています。N6-メチルアデノシトシン（m6A）が様々なRNA種の中で最も共有した豊富なメチル化修飾として知られています。また、5-メチルシトシン（5-mC）のメチル化も様々なRNA種に共通して見られます。最近の研究では、m6Aや5-mCのRNAメチル化がRNAの安定性やmRNAの翻訳のような様々な過程の制御に影響を与えていることや、RNAのメチル化の異常が疾患の原因となっていることが示唆されています。

参考文献

ヒストンは、DNA 鎖が巻きつくコイルのような形状をした、染色体の主要なタンパク質成分です。 ヌクレオソームには4種類のコアヒストン（H2A, H2B, H3, H4）が含まれ、クロマチンの主要な 構成要素になっています。コアヒストンのN末端は、細胞のシグナル刺激に応答してアセチル化/脱アセチル化、 リン酸化、メチル化など様々な転写後修飾を受け、遺伝子発現に直接影響を与えます。

■　ブロモドメインとは

■　ヒストン脱アセチル化酵素（HDACs）とは

■　ヒストンアセチルトランスフェラーゼ（HAT）とは

■　ヒストン脱メチル化酵素とは

■　SIRTとは

■　EZH2（Enhanced of Zeste Homolog 2）とは

■　JMJD2Aとは

■　BRG1とは

■　LSD1とは

細胞ごとにクロマチンの状態は、さまざまな修飾によって制御されています。修飾を担う酵素“Writer”、修飾されたタンパク質を認識する酵素“Reader”、脱修飾する酵素“Eracer”が関与し、細胞の分化・発達を調節しています。

クロマチンにおける遺伝子調節エレメントのアクセシビリティは、様々な遺伝子制御において重要です。 遺伝子調節エレメントが被覆されたヌクレオソームは、DNAへの転写因子のリクルートを阻害します。 ヌクレオソームは、DNA約147塩基がヒストンオクタマーに巻きついた構造物で、クロマチンの基本ユニットです。
クロマチンと転写因子の相互作用に関する機能解析をする上では、ゲノムに配位されたヌクレオソームについてクロマチンアクセシビリティをマッピング解析することが重要です。概して、転写因子やDNA結合タンパク質のDNAへのアクセシビリティはクロマチンの状態に依存し、遺伝子の転写活性に影響をおよぼします。 近年、DNAのメチル化修飾により、ヌクレオソーム構造をコンパクトに圧縮させることが報告されています。また、ヌクレオソームの配位の仕方により、DNAのメチル化パターンが変化することも明らかになっています。このことから、DNAメチル化修飾とヌクレオソームの配位の情報を、同一のDNA分子から得ることは、遺伝子発現を調節するクロマチンアクセシビリティの理解を深めることに繋がります。