金沢大学 ナノ生命科学研究所

PMLボディによる遺伝子制御のメカニズムの一端を解明

  • PMLボディは、さまざまな生命現象に関係するが、ゲノムDNAへの影響、特に遺伝子発現に関する機能は不明
  • Y染色体上の遺伝子群を制御していることを明らかにし、Y染色体の遺伝子を操っていることを見出すことに成功
  • PMLボディが関与するさまざまな生命現象(がん化、老化、ウイルス応答)の理解を深めることにつながると期待される

研究の背景

細胞の核には遺伝情報をコードするゲノムDNAの他に、PMLタンパク質が凝集したPMLボディが存在します(図1)。PMLボディは、直径約1マイクロナノメートル(μm)の球状の構造体です。タピオカミルクティーで例えると、細胞核がカップ、ゲノムDNAがミルクティー、PMLボディはミルクティーにぷかぷか漂うタピオカのようなものです。これまでの研究から、PMLボディは、がん化、老化、抗ウイルス応答などのさまざまな生命現象に関与することが知られています。一方、PMLボディはゲノムDNAと共存しているにもかかわらず、ゲノムDNAへの影響、特に遺伝子発現に関する機能は謎に包まれていました。その理由は、PMLボディが不溶性の構造体であり、既存の解析技術ではその機能を明らかにすることが困難であったためです。

研究成果の概要

本研究では、ALaP法という新しい技術を開発することにより、PMLボディがその周辺に存在するゲノムDNAにどのような影響を与えているかを解析することに成功しました。その結果、PMLボディはY染色体に存在する特定の遺伝子を制御していることを発見しました。Y染色体は、X染色体と共に性染色体であり、雄のみが持つ染色体です。つまり、PMLボディは、オス特異的な遺伝子群を制御していることを見いだしました。Y染色体とPMLボディは互いに寄り添うように存在することで、遺伝子発現が調整されていました。さらに、本研究グループはその仕組みを研究することで、DNAを化学修飾する酵素(DNMT3A)がPMLボディから排除されることにより、Y染色体の遺伝子が正常に機能することを明らかにしました(図2)。本研究によって明らかになったPMLボディによる遺伝子制御の仕組みは、これまで考えられていた制御方法とは大きく異なるものであり、非常に興味深い研究成果です。

今後の展望

PMLボディによる遺伝子制御に関しては、不明な点が多く残されています。今後の課題は、なぜY染色体の遺伝子がPMLボディによって制御されているのか、さらにその生理学的意義を明らかにすることによって、PMLが関与するさまざまな生命現象(がん化、老化、ウイルス応答など)の理解が進むことが期待されます。

 


図1:PMLボディは細胞の核内にゲノムDNAと一緒に存在する球状の構造体


図2:PMLボディによる遺伝子制御
PMLボディはY染色体の遺伝子と寄り添うように存在し、遺伝子発現を制御している。特に、DNAメチル化酵素DNMT3Aを排除することにより、Y染色体の遺伝子群が正常に働くように機能している。

 

【論文情報】

掲載誌: Molecular Cell

論文タイトル: Genomic Profiling by ALaP-seq reveals transcriptional regulation by PML bodies through the DNMT3A exclusion
(ALAP-seq法の解析によって明らかになったPMLボディによる転写制御機構)

著者: Misuzu Kurihara, Kagayaki Kato, Chiaki Sanbo, Shuji Shigenobu, Yasuyuki Ohkawa, Takeshi Fuchigami, Yusuke Miyanari
(栗原美寿々、加藤輝、三宝千秋、重信秀治、大川恭行、淵上剛志、宮成悠介)

掲載日:2020年4月29日 米国東部標準時間午前11時

DOI: 10.1016/j.molcel.2020.04.004

 

【用語解説】

1 PMLボディ
細胞核内に存在するタンパク質の集合体。PMLタンパク質などのさまざまなタンパク質が凝集することによって形成されている。PMLの機能として、がん化、細胞死、老化、抗ウイルス応答に関与することが知られている。PMLボディが遺伝子制御に関与するという報告はこれまでにあったが、そのメカニズムは全く明らかになっていなかった。PMLボディは不溶性の特徴を持つため、その解析が困難であり、PMLボディがどのように遺伝子制御に関与するのか、またどのような遺伝子がその標的となっているのかは謎に包まれていた。

2 ALaP法 (APEX-mediated chromatin Labeling and Purification)
通常、核内のタンパク質の機能解析には抗体を使ったクロマチン免疫沈降法が用いられるが、PMLボディは不溶性であるために、そのような従来法は適していなかった。そこで、PMLの周辺をAPEXというペルオキシダーゼ酵素を用いることによってラベルすることで、PMLボディと相互作用するゲノムDNA領域を同定することができるALaP法を開発した。

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