ヒトおよびウシ初期胚におけるX染色体上のXISTの沈黙と抑制因子の探索

研究背景

X染色体不活性化は哺乳類における用量補償メカニズムであり、雌雄個体間でX染色体上の遺伝子発現量を均衡させることを目的としています。XIST遺伝子座は余分なX染色体の転写沈黙を引き起こし、不活性Xを生成します。しかし、各細胞内の1つの活性X染色体を自身のXIST遺伝子座の不活性化から保護する方法は、すべての哺乳類でまだ完全に解明されていません。常染色体の繰り返しに関する以前の研究は、ヒト染色体19番短腕上に活性X上のXISTを抑制する遺伝子が存在する可能性を示唆しています。

この仮説を検証するため、研究者たちは単一細胞RNAシーケンシングデータを用いて、ヒト胚およびウシ胚における候補遺伝子の転写タイミングを分析しました。研究結果は、両性の胚においてXISTが将来の活性Xから発現し、多能性因子の上方制御期間、すなわちヒトおよびウシ胚の4-8細胞期および桑実胚期に、両性の胚でXIST遺伝子座が抑制されることを確認しました。これらのデータはDNMT1、UHRF1、SAFBおよびSAFB2のXIST抑制における役割を支持し、XACTおよび他の19p候補遺伝子を除外しました。また、ヒトまたはウシの初期胚において以前にシーケンスされたことのない一部の遺伝子の転写タイミングを提供しました。

研究ソース

この研究はMelis A. Aksit、Bo Yu、Bernard A. J. Roelen、Barbara R. Migeonらによって行われ、Johns Hopkins University、Utrecht Universityなどの機関に所属しています。研究成果は2022年版の「European Journal of Human Genetics」（ヨーロッパ人類遺伝学ジャーナル）に掲載されました。

研究プロセス

研究チームは、活性X染色体のXIST沈黙のメカニズムを探るために以下のステップを採用しました： a) 研究対象には異なる発生段階のヒトおよびウシの初期胚が含まれます。 b) 単一細胞RNAシーケンシングデータ分析、およびウシ胚の定量的RT-PCR (qRT-PCR) 分析を実施しました。 c) XIST発現パターンおよび多能性因子（NANOG、POU5F1、SOX2）の発現を分析することで、XIST抑制期間を探索しました。 d) 実験室内で体外発育させたウシ胚サンプルを使用し、XまたはY分類精子で受精させることで、性別特異的な胚分析材料を得ました。

研究結果

研究ではXIST抑制に関与する可能性のある候補遺伝子がいくつか発見されました。これにはDNMT1、UHRF1、SAFB/SAFB2、HNRNPM、UBL5が含まれます。このうち、DNMT1とUHRF1は候補遺伝子の中で最も早期かつ高レベルで発現しており、重要なXIST抑制因子である可能性が示唆されました。さらに、研究ではウシ胚を用いてヒト胚と類似のXIST発現パターンを確認し、これらの遺伝子が重要なXIST抑制因子であるという説得力を高めました。

研究結論

研究は、DNMT1、UHRF1、SAFB、SAFB2などの候補遺伝子が胚発生初期、すなわち4-8細胞期および桑実胚期の初期多能性活性化期間に協調して作用し、将来の活性X上のXISTを抑制する可能性があることを示しています。この結果は、将来の候補遺伝子の機能検証、哺乳類のX染色体不活性化メカニズムのさらなる研究、および潜在的な医学応用に重要な手がかりを提供しています。

研究のハイライト

本研究は、将来の活性X染色体上のXIST遺伝子を沈黙させるメカニズムを解明し、X染色体上のXISTが個体間でどのようにバランスよく発現するかを説明するのに役立ちます。同時に、この研究は胚発生初期のX染色体選択的活性化または沈黙における重要な調節因子を通じて、全く新しい理論的視点を開き、さらには性染色体異常の治療に潜在的な治療法を提供しました。