植物のエピ遺伝学とエピゲノム学国立遺伝学研究所�角谷研

塩基配列以外の形で遺伝子のON／OFF情報が娘細胞に伝わる「エピジェネティック」な情報の実体はDNAのメチル化やヒストンの変化です。エピジェネティックな現象を理解するために、私達はシロイヌナズナの遺伝学とゲノミクスとを用いています。

シロイヌナズナのDNAメチル化が低下する変異体では、トランスポゾンが増殖することにより、さまざまな発生異常が生じます（図1）。

さらに、ゲノム解析を用いて、低メチル化状態で増殖するさまざまなトランスポゾンを同定しました。そのうちの一つは、DNAメチル化による抑制を解除する活性のあるタンパク質をコードしていました（図2）。このタンパク質は配列特異的にDNAメチル化の喪失と抑制解除を引き起こします。この不思議な現象の機構を調べています。

図２　抗抑制因子発現個体におけるトランスポゾン全長の脱メチル化（黒色）。灰色はメチル化された対照系統 �

図１　トランスポゾン挿入による発生異常（右）

参考論文

DNAメチル化で制御されるトランスポゾン: �������Tsukahara et al. (2009) Nature 303, 423-426 �

�Saze et al. (2008) Science 319, 462-465 �

トランスポゾン抑制の目印として、DNAメチル化やヒストンH3のリジン9のメチル化（H3K9me）は、プロモーターで転写の抑制を行っていると信じられています。一方、プロモーターだけでなく、トランスポゾンの内部（body）にもこれらの修飾が見られますが、その役割は分かっていません。シロイヌナズナのH3K9脱メチル化酵素遺伝子の変異体 ibm1では、発現している遺伝子の転写領域内部にH3K9meが蓄積するのにともない、発生異常が誘発されます（図3中央）。遺伝子内部 の修飾の役割を知るため、ibm1 による発生異常をサプレスする（異常を解消する）変異を選抜しました。

Inagaki et al. (2010) EMBO J 29, 3496-3506 �

（研究室 URL: http://www.biol.s.u-tokyo.ac.jp/users/iden/index.html）

動原体とトランスポゾン ：������������������������������Tsukahara et al. (2012) Genes Dev 26, 705-713 �

図3：�H3K9脱メチル化酵素遺伝子の変異 Ibm1 による発生異常と、H3K4脱メチル化酵素遺伝子ldl2 による発生異常のサプレス。

トランスポゾンのコードする抗抑制因子 :� Fu et al. (2013) EMBO J 32, 2407-2417 �

Inagaki et al. (2017) EMBO J �36, 970-980 �遺伝子内�H3K4me1の制御と役割�:��

IBM1と遺伝子メチル化制御�:��

WT ibm1 ldl2 ibm1 得られた変異ldl2 (図3右)は、ヒストンH3のリジン4（H3K4）の脱メチル化酵素をコードしていました。ゲノムワイドにH3K4メチル化の分布を調べたところ、ibm1 変異下で遺伝子内のH3K4me1が減少すること、また、この減少がldl2 変異でサプレスされることがわかりました。遺伝子内のH3K9meが、H3K4me1の脱メチル化を介して転写抑制に働いていると考えられます。この経路の一般性を知るためH3K9メチル化酵素の変異体でH3K4me1を調べたところ、多くのトランスポゾンでH3K4me1が上昇し、この上昇が転写脱抑制の前提になっていました。

H3K4me1は、エンハンサーの修飾として知られていますが、遺伝子内のH3K4me1は、これまで注目されていませんでした。現在は、遺伝子内のH3K4me1とH3K9meに着目し、他の変異体も用いて、その制御と役割を調べています。