遺伝子同士の距離変化が発現を調節する新たな仕組みを発見

• 遺伝子発現を制御する要因として、遺伝子間の近接性がどのように働くかはこれまで未解明
• 本研究では、遺伝子の近接変化が発現動態に影響を与える新たなメカニズムを発見
• 本発見は、遺伝子発現制御の理解を深め、将来の遺伝子治療技術の発展への貢献に期待

従来、遺伝子の発現調節には、エンハンサー（遺伝子発現を促進する領域）やプロモーター（発現の開始点）といったDNA領域が互いに近接することが重要とされてきました。しかし、これらの領域の動的な近接性が発現の変動に与える影響は十分には解明されていませんでした。特に、発現が活発な遺伝子周辺でのエンハンサーとプロモーターの距離の変化が、どのように転写活性と結びつくのかは未知の領域でした。
本研究では、遺伝子間の距離の変化が発現の動態を調整する新たなメカニズムを解明しました。遺伝子発現の調節メカニズムの理解は、疾患の発症原因や治療標的の発見に直結する重要な研究領域です。
九州大学生体防御医学研究所の落合博教授、大石裕晃助教、大川恭行教授らの研究グループと、理化学研究所の新海創也上級研究員、大浪修一チームリーダー、広島大学の山本卓教授らの研究グループは、マウス胚性幹細胞を用いて、エンハンサーとプロモーターが遺伝子発現に与える影響を調べました。この研究には、seq-DNA/RNA/IF-FISH解析と呼ばれる先進的なイメージング技術に加え、数理シミュレーションも利用しました。その結果、特定の遺伝子が活発に発現しているとき、周辺の特定DNA領域が近接し、さらに転写関連因子が集積することを確認しました。この集積が遺伝子発現を促進する可能性が示唆され、遺伝子発現制御の新たな視点を提供すると考えられます。
今回の発見は、遺伝子発現の基礎的理解を深めると同時に、将来的な遺伝子治療や創薬分野への応用が期待されます。また、同様のメカニズムが他の遺伝子や細胞種でも見られるかを検証することで、疾患治療に役立つ新たなアプローチの開発につながる可能性もあります。

本研究成果はアメリカの科学雑誌「Science Advances」に2024年12月7日午前4時（日本時間）に掲載されました。

掲載誌：Science Advances
タイトル：Transcription-coupled changes in genomic region proximities during transcriptional bursting
著者名：大石 裕晃, 新海 創也, 大和田 一志, 藤井 健, 細田 一史, 大浪 修一, 山本 卓, 大川 恭行, 落合 博
DOI：10.1126/sciadv.adn0020

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生体防御医学研究所 落合 博 教授