【ES細胞】クローン胚の新たなエピゲノム異常を発見 理化学研究所 ［07/20］

−ヒストン修飾によるゲノムインプリンティングが破綻−

理化学研究所（理研）バイオリソース研究センター遺伝工学基盤技術室の的場章悟専任研究員、
井上貴美子専任研究員、小倉淳郎室長らの国際共同研究チーム※は、マウスクローン胚の包括的な解析を行い、
新たなエピゲノム[1]異常を発見しました。

本研究成果は、有用な形質を持ったクローン動物の出生効率の改善や再生医療に向けた、
ヒト体細胞核移植胚由来ES細胞[2]の樹立効率改善に貢献すると期待できます。
クローン動物の生まれる率は１％程度と非常に低く、ほとんどが胚発生の途中で死んでしまうことが問題となっていました。
今回、国際共同研究チームは、クローン胚で見られる発生異常の原因を探索することを目的として、
マウスクローン胚について包括的なトランスクリプトーム・エピゲノム解析[3]を行いました。
その結果、新たなエピゲノム異常として、
ヒストン修飾[4]依存的なインプリント遺伝子[5]群が全てインプリント情報[5]を失っていることを発見しました。
これらのインプリント遺伝子の多くが胎盤の形成や着床後の胚発生に関わる因子であることから、
クローン胚の発生異常の原因の一つであると考えられます。

本研究は、米国の科学雑誌『Cell Stem Cell』（9月6日号）の掲載に先立ち、
オンライン版（7月19日付け：日本時間7月20日）に掲載されます。

■研究手法と成果

共同研究グループはまず、上記の発生を阻害する二つの因子を同時に取り除く実験を行いました。
その結果、マウスのクローン出生効率は相乗的に上昇し、最大24％にまで達しました。
しかし、この効率はマウス受精胚の出生効率（50％以上）の半分以下であり、
クローン特有の異常である胎盤の過形成などの表現型も回復しなかったことから、
クローン胚にはまだ重要な発生阻害因子が存在すると考えられました。

そこで、上記のように最適化して作製したクローン胚について、
新たな異常を同定するために包括的なトランスクリプトーム・エピゲノム解析を行いました。
クローン胚で見られる胎盤形成異常などの表現型には、
片親性発現を示すインプリント遺伝子の関与の可能性が示されていたことから、
インプリント遺伝子について詳細な解析を行いました。
その結果、予想に反して、一般的なDNAのメチル化に依存するインプリント遺伝子はほとんどが正常なインプリント発現を維持していました。

その一方で、最近新たに同定された
「ヒストン修飾（ヒストンH3の27番目リジンのトリメチル化：H3K27me3）依存的なインプリント遺伝子群」が、
全て片親性（父方）の発現パターンを失って、父方・母方の両遺伝子座から発現していることが明らかになりました。
実際に、クローン胚におけるH3K27me3のゲノム上の局在をクロマチン免疫沈降-シークエンシング法（ChIP-seq）[8]で解析したところ、
受精胚で見られるような母方遺伝子座に特異的なH3K27me3の局在が完全に失われていることが分かりました。（図1）

着床前の受精胚で見られる母方遺伝子座へのH3K27me3の局在は、
卵子で確立されたものが受精後も引き継がれたものだと考えられています。
実際に、さまざまな細胞種におけるH3K27me3の局在情報について、公開されているデータベースをもとに解析した結果、
母方遺伝子座特異的なH3K27me3は卵子と着床前の受精胚に特異的なもので、
その他の体細胞では解析したどの細胞種でも失われていることが分かりました。
すなわち、ドナーとして使用する体細胞で既に母方遺伝子座のH3K27me3が存在しないことが、
クローン胚での異常の根本的な原因と考えられます。

図1 最適化したクローン胚でもヒストン修飾依存的なインプリント遺伝子が破綻
http://www.riken.jp/~/media/riken/pr/press/2018/20180720_1/fig.jpg

理化学研究所
http://www.riken.jp/pr/press/2018/20180720_1/
続く）

続き）>>1
■今後の期待

本研究では、マウスクローン胚の新たな異常として、
H3K27me3依存的なゲノムインプリンティング[5]が完全に破綻していることを発見しました。
これらのH3K27me3依存的なインプリント遺伝子の多くが胎盤の形成や着床後の胚発生に関与することが知られています。
マウスクローン胚では、発生途上でこれらの遺伝子が過剰発現してしまうことで、
さまざまな発生異常をきたしていることが考えられます。原因となるH3K27me3の異常を人為的に操作することで、
これらの発生異常を回避できる可能性があります。

今後は、今回マウスクローン胚でみられたH3K27me3依存的なインプリント遺伝子の破綻が
他の哺乳類のクローン胚でも保存されている現象なのか検証する必要があります。
また、CRISPR/Cas9[9]などのゲノム領域特異的なタンパクリクルート技術とヒストン修飾転移酵素などを組み合わせた
「エピゲノム編集」技術を開発することで、クローンの出生効率・品質がさらに改善し、
クローン技術の実用化につながると期待できます。

理化学研究所
http://www.riken.jp/pr/press/2018/20180720_1/

＝＝　きょうの園芸　＝＝
また来週！

もう神の領域ですな

メチル化はどうしようもないよ

ヒストン修飾とかDNAメチル化とかエピジェネティクスはノーベル賞まだなん？

ES細胞だとかクローン技術は使い勝手悪いしもう古い。
今は細胞の初期化とかダイレクトリプログラミングが分子生物分野の主流だし、そっちの方が将来性あるでしょ。

DNAそのものを新たに作り出す手法で全て解決するやろ

細胞の初期化とか夢があるね(´・ω・｀)