二価クロマチン

二価クロマチンは、ヒストンタンパク質に結合したDNAの断片であり、同じ領域に抑制性および活性化性の両方のエピジェネティック制御因子が存在する。 ^[¹^]これらの制御因子は、遺伝子の発現を促進または抑制する働きをする。^[²^]これらの制御因子は互いに拮抗して働くため、通常は異なるタイミングでクロマチンと相互作用する。しかし、二価クロマチンでは、両方のタイプの制御因子が同時に同じドメインと相互作用する。^[²^]二価クロマチン領域は通常、低レベルで発現する転写因子遺伝子のプロモーターと関連している。 ^[¹^]^[³^]二価領域は、多能性胚性幹細胞の発生制御、遺伝子インプリンティング、および癌にも関与していることがわかっている。^[¹^]^[²^]^[⁴^]

二価エピジェネティック制御因子

二価クロマチン領域で共存する最も一般的な拮抗的エピジェネティック制御因子は、ヒストン3リジン4（H3K4me3）とヒストン3リジン27（H3K27me3 ）のメチル化マークです。^[²^] H3K27me3マークは遺伝子をサイレンシングしますが、H3K4me3マークは遺伝子が永久にサイレンシングされず、必要に応じて活性化されることを可能にします。^[²^]胚性幹細胞とインプリント遺伝子は、活性化（H3K4me3）マークと抑制（H3K27me3）マークの両方に関連しており、活性化が必要になるまで遺伝子が抑制されることを可能にします。^[²^]^[⁴^]ゲノム内の同じ場所にH3K4me3とH3K27me3が共局在しているという証拠は豊富にあるが、ほとんどの証拠は、それらが同じ分子上に存在するのではなく、同じヌクレオソーム内の異なるヒストンH3コピー上に存在する可能性があることを示唆している。^[⁵^]

胚性幹細胞と発生

二価クロマチン領域は胚性幹細胞（ES細胞）に存在し、細胞分化において重要な役割を果たしている。ES細胞を未分化状態に維持する場合、DNAの二価領域は、細胞分化を活性化する発生遺伝子をサイレンシングしつつ、活性化可能な状態に維持するために使用される。^{[ 3 ]} ES細胞が特定の細胞系統に分化するためのシグナルを受け取ると、分化には特定の発生遺伝子の活性化が必要となる。^{[ 3 ]}必要な発生遺伝子が活性化され、その細胞系統に必要でない他の遺伝子は二価領域によって抑制される。^{[ 2 ]}

二価ドメインに存在する H3K4me3 および H3K27me3 マークは、胚性幹細胞が分化するか、未分化状態 (多能性状態) にとどまるかを制御します。エピジェネティックマークは、多能性と分化の過程で、一部の遺伝子の発現と他の遺伝子のサイレンシングに寄与します。H3K27me3 マークは、発生制御遺伝子を抑制し、細胞が分化しないようにすることで、細胞が多能性を維持するようにします。^{[ 2 ]} このマークは系統制御遺伝子を抑制しますが、分化時に活性化できるように準備しておきます。^{[ 2 ]}細胞が特定のタイプの細胞に分化するようにシグナルを受け取ると、H3K27me3 は分化に必要な遺伝子から除去されますが、H3K27me3 は選択された系統に不要な発生制御遺伝子の抑制を維持します。^{[ 2 ]}発生的に制御された二価クロマチンの解消プロセスは、ATPを加水分解して二価クロマチンからポリコーム群タンパク質を排除するSWI/SNFなどのATPクロマチンリモデリング因子の活性によって促進される。^[⁶^]

特定の細胞系統を生み出すために、H3K4me3によって活性化されるのは、特定の調節因子のサブセットのみです。^{[ 2 ]}このマークは分化時に発生調節因子を活性化し、分化に必要な遺伝子の効率を高めます。^{[ 2 ]}活性化H3K4me3マークを持つことで、転写抑制因子を反発させ、抑制的なDNAメチル化をブロックすることにより、遺伝子が永久にサイレンシングされるのを防ぎます。^{[ 2 ]}

細胞が特定の種類の細胞に分化すると、クロマチンに関連付けられるマークは1つだけになる。^{[ 2 ]}

刷り込み

インプリンティングとは、一方の親のアレルがサイレンシングされ、もう一方の親のアレルが発現するプロセスです。ヒトのGRB10遺伝子はインプリント遺伝子発現を示し、マウスでは、このインプリントされたGrb10の発現は二価クロマチンの存在によって可能になります。^{[ 4 ]}マウスのGrb10遺伝子には、H3K4me3およびH3K27me3修飾をツールとして利用して、一方の親の遺伝子を発現させ、もう一方の親の遺伝子をサイレンシングする二価ドメインがあります。^{[ 4 ]}これにより、特定の組織では一方の親のみによって遺伝子が発現されます。^{[ 4 ]}ほとんどの体細胞組織では、Grb10遺伝子は母方のアレルから発現しますが、脳では父方のアレルから発現します。^{[ 4 ]} H3K4me3およびH3K27me3マークは、脳を除くすべての組織でサイレンシングされた状態を維持するために、遺伝子の父方のアレルに使用されます。 ^{[ 4 ]}脳組織では、遺伝子の母方アレルにも同じメチル化マークが使用されています。遺伝子が発現すると、H3K27me3抑制マークが二価ドメインから除去されます。

参考文献

1 2 3 Kumar D、Cinghu S 、Oldfield AJ、Yang P、Jothi R (2021 年 10 月)。「発生と疾患における二価染色質の機能の解読」。Genome Research。31 ( 12 ): 2170–2184。doi : 10.1101/ gr.275736.121。PMC 8647824。PMID 34667120。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Vastenhouw NL、Schier AF (2012 年 6 月)。「初期胚発生における二価ヒストン修飾」。Current Opinion in Cell Biology。24 ( 3): 374–86。doi : 10.1016 / j.ceb.2012.03.009。PMC 3372573。PMID 22513113。
1 2 3バーンスタイン BE、ミケルセン TS、謝 X、カマル M、ヒューベルト DJ、カフ J、フライ B、マイスナー A、ヴェルニヒ M、プラス K、イェーニッシュ R、ワグシャル A、フェイル R、シュライバー SL、ランダー ES (2006 年 4 月)。「二価のクロマチン構造は、胚性幹細胞の重要な発生遺伝子をマークします。」セル。125 (2): 315–26 .土井: 10.1016/j.cell.2006.02.041。PMID 16630819。
1 2 3 4 5 6 7サンツ LA、チェンバレン S、サブーリン JC、ヘンケル A、マグナソン T、ユニョ JP、フェイル R、アルノー P (2008 年 10 月)。「単一対立遺伝子の二価クロマチンドメインは、Grb10 での組織特異的なインプリンティングを制御します。」 EMBO ジャーナル。27 (19): 2523–32。土井: 10.1038/emboj.2008.142。PMC 2567399。PMID 18650936。
↑ Voigt P (2012年9月) 「非対称的に修飾されたヌクレオソーム」 . Cell . 151 (1): 181–93 . doi : 10.1016/j.cell.2012.09.002 . PMC 3498816. PMID 23021224 .
↑ Stanton BZ、Hodges C、Calarco JP、Braun SM、Ku WL、Kadoch C、Zhao K、Crabtree GR (2017年2月)。「Smarca4 ATPase変異はPRC1のクロマチンからの直接的な排除を阻害する」。Nature Genetics。49 ( 2 ) : 282–288。doi : 10.1038 / ng.3735。PMC 5373480。PMID 27941795。

[Kumar_2021-1] 1 2 3 Kumar D、Cinghu S 、Oldfield AJ、Yang P、Jothi R (2021 年 10 月)。「発生と疾患における二価染色質の機能の解読」。Genome Research。31 ( 12 ): 2170–2184。doi : 10.1101/ gr.275736.121。PMC 8647824。PMID 34667120。

[Vastenhouw_2012-2] 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Vastenhouw NL、Schier AF (2012 年 6 月)。「初期胚発生における二価ヒストン修飾」。Current Opinion in Cell Biology。24 ( 3): 374–86。doi : 10.1016 / j.ceb.2012.03.009。PMC 3372573。PMID 22513113。

[Bernstein_2006-3] 1 2 3バーンスタイン BE、ミケルセン TS、謝 X、カマル M、ヒューベルト DJ、カフ J、フライ B、マイスナー A、ヴェルニヒ M、プラス K、イェーニッシュ R、ワグシャル A、フェイル R、シュライバー SL、ランダー ES (2006 年 4 月)。「二価のクロマチン構造は、胚性幹細胞の重要な発生遺伝子をマークします。」セル。125 (2): 315–26 .土井: 10.1016/j.cell.2006.02.041。PMID 16630819。

[Sanz_2008-4] 1 2 3 4 5 6 7サンツ LA、チェンバレン S、サブーリン JC、ヘンケル A、マグナソン T、ユニョ JP、フェイル R、アルノー P (2008 年 10 月)。「単一対立遺伝子の二価クロマチンドメインは、Grb10 での組織特異的なインプリンティングを制御します。」 EMBO ジャーナル。27 (19): 2523–32。土井: 10.1038/emboj.2008.142。PMC 2567399。PMID 18650936。

[5] Voigt P (2012年9月) 「非対称的に修飾されたヌクレオソーム」 . Cell . 151 (1): 181–93 . doi : 10.1016/j.cell.2012.09.002 . PMC 3498816. PMID 23021224 .

[6] Stanton BZ、Hodges C、Calarco JP、Braun SM、Ku WL、Kadoch C、Zhao K、Crabtree GR (2017年2月)。「Smarca4 ATPase変異はPRC1のクロマチンからの直接的な排除を阻害する」。Nature Genetics。49 ( 2 ) : 282–288。doi : 10.1038 / ng.3735。PMC 5373480。PMID 27941795。

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胚性幹細胞と発生

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関連するトピック

ヒストンタンパク質

DNA

エピジェネティック制御因子が存在する。

転写因子