STARR-seq

STARR-seq （自己転写活性調節領域シーケンスの略）は、任意のDNAソースから数百万の候補のエンハンサー活性をアッセイする方法です。これは、転写エンハンサーとして機能する配列を直接的、定量的、かつゲノムワイドな方法で特定するために使用されます。^{[ 1 ]}

真核生物では、転写は遺伝子のプロモーターに関連する配列特異的なDNA結合タンパク質（転写因子）と、エンハンサーを含む遠隔の制御配列によって制御されます。エンハンサーは、さまざまな転写因子の結合部位を複数含む非コードDNA配列です。 ^{[ 2 ]}これらは通常、クロマチン構造を調節し、遺伝子のプロモーターに配置された転写機構と直接相互作用する転写因子をリクルートします。エンハンサーは、遺伝子のプロモーターからの位置や距離に関係なく、細胞型特異的な方法で標的遺伝子の転写を制御することができます。 ^{[ 1 ]}特定の状況（遺伝学のトランスベクションを参照）では、異なる染色体に位置する遺伝子の転写を制御することさえできます。^{[ 3 ]} しかし、これまでのエンハンサーに関する知識は、ゲノム全体規模で正確に特定することが困難であったため、少数のエンハンサーの研究に限られていました。^{[ 2 ]}さらに、多くの制御要素は、特定の細胞型と特定の条件下でのみ機能します。^{[ 4 ]}

ショウジョウバエにおけるエンハンサー検出は、最小プロモーターの下流にレポータータンパク質をコードするトランスポゾン由来ベクターをランダムに挿入する独自のメソッドです。このアプローチにより、トランスジェニック動物におけるレポーターの発現を観察することができ、これらの配列によって制御される近傍の遺伝子に関する情報が得られます。この技術の発見により、細胞型とその決定に関与する遺伝子の発見と特徴付けが大幅に改善されました。^{[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]}

過去数年間、ポストゲノム技術は、準備状態および活性状態のエンハンサーの特定の特性を示し、エンハンサーの発見を改善しました。^{[ 2 ]} DNase I 過敏部位のディープシーケンス ( DNase-Seq )、ホルムアルデヒド補助による調節エレメントの分離シーケンス ( FAIRE-Seq )、クロマチン免疫沈降とそれに続くディープシーケンス ( ChIP-sequencing )、および MNase 定義シストローム占有分析 (MOA-seq ^{[ 9 ]} ) などの新しい方法の開発により、エンハンサー関連のクロマチン特性によるゲノムワイドなエンハンサー予測が提供されます。^{[ 1 ]}

しかし、DNase-seqとFAIRE-seqだけではエンハンサー活性の直接的な機能的または定量的読み取りはできないため、エンハンサー活性を定量的に評価するには、レポーター転写産物の定量的濃縮からエンハンサー強度を推測できるレポーターアッセイが必要です。しかし、これらのアッセイはハイスループット（ハイスループット生物学）ではありません。ゲノムワイドな方法でエンハンサーを同定するために必要な数百万のテストを実行することは不可能です。^{[ 1 ]} STARR-seqの開発は、この分析上の障壁を回避しようとしています。エンハンサーは相対的な位置とは独立して機能できるという知識を利用して、候補配列を最小プロモーターの下流に配置し、活性エンハンサーが自己転写できるようにします。各エンハンサーの強度は、細胞RNA間の相対的な濃縮によって反映されます。候補配列とエンハンサー活性のこのような直接的な結合により、任意のソースからの数百万のDNA断片を並行して評価できます。^{[ 1 ]}

STARR-seqは、従来の手法とハイスループットシーケンス技術、高度に専門化されたバイオコンピューティング手法を組み合わせることで、定量的かつゲノムワイドな方法でエンハンサーを検出できます。正常な発生時および疾患時のゲノムにおける遺伝子制御とその責任経路の研究は非常に困難です。そのため、STARR-seqを様々な生物の多くの細胞型に適用することで、細胞型特異的な遺伝子制御要素の特定を支援し、疾患を引き起こす非コード変異を実際に評価することができます。最近、関心領域のキャプチャとSTARR-seq技術を組み合わせた関連手法が開発され、哺乳類細胞株で広く検証されています。^{[ 13 ]}