脂肪細胞への変化を調節する新規のクロマチン構造の発見。Molecular Cell に掲載。表紙を飾りました。
脂肪細胞ができるのを調節する新規のクロマチン構造を解明 ～脂肪を蓄える遺伝子の働きを抑えるエピゲノム～
Article title: H3K4/H3K9me3 Bivalent Chromatin Domains Targeted by Lineage-specific DNA Methylation Pauses Adipocyte Differentiation
http://authors.elsevier.com/a/
◆体の中には脂肪細胞になる前の前駆脂肪細胞が存在し、前駆脂肪細胞が脂肪細胞にならないように防いでいる仕組みを解明しました。
◆前駆脂肪細胞も脂肪細胞もゲノム配列は同じですが、前駆脂肪細胞ではエピゲノム（注1）とよばれるゲノム情報が、脂肪を蓄える遺伝子のクロマチン（注2）の構造と働きを調節していることが明らかとなりました。
◆本成果は生活習慣病の予防や新規治療法につながることが期待されます。
東京大学先端科学技術研究センターの酒井寿郎教授、松村欣宏助教らの研究グループは、脂肪細胞に変化する前の前駆脂肪細胞と呼ばれる細胞について、ゲノム以外の後天的に書き換えられる遺伝情報を解析し、新規のクロマチン構造が脂肪を蓄える遺伝子の働きを抑えていることを解明しました。本成果は、生活習慣病の予防や新規治療法につながることが期待されます。
私たち体の中にはメタボリックシンドロームの発症に重要な役割を果たす脂肪細胞と脂肪細胞になる前の前駆脂肪細胞が存在します。過剰に栄養を取ると、脂肪細胞は肥大化し、前駆脂肪細胞から脂肪細胞が誘導されて、余分なエネルギーが脂肪として脂肪細胞に蓄えられます。
前駆脂肪細胞も脂肪細胞もゲノムの塩基配列は同じですが、前駆脂肪細胞では脂肪を蓄える遺伝子の働きが抑えられ、脂肪細胞では遺伝子の働きが活発になっています。遺伝子の働きがそれぞれの細胞で異なるのは、エピゲノムとよばれる後天的に書き換えられるゲノム情報が異なるからです。しかし、前駆脂肪細胞に変化する前の胚性幹細胞では、遺伝子の働きを抑えるエピゲノムのしくみは知られていましたが、前駆脂肪細胞のものは明らかではありませんでした。
今回研究グループは、前駆脂肪細胞の遺伝子の働きを抑えるエピゲノム構造として、H3K9me3（ヒストンH3の9番目のリジンのトリメチル化）に着目し、エピゲノムH3K9me3およびそれに関わるタンパク質SETDB1がゲノム上の遺伝子配列のどこに存在するかを、次世代シークエンサーを用いて全ゲノム領域を解析しました。その結果、前駆脂肪細胞では遺伝子を活性化するH3K4me3（ヒストンH3の4番目のリジンのトリメチル化）と抑制化するH3K9me3が直列したクロマチン構造が約200の遺伝子に存在することがわかりました。そして、この新規のクロマチン構造が脂肪を蓄える遺伝子の働きを抑えていることを解明しました。
「これまで、胚性幹細胞では遺伝子の抑制化にエピゲノムH3K27me3が関与していることが知られていました」と酒井教授は話します。「今回、前駆脂肪細胞で新しいエピゲノムH3K9me3が見つかり、この構造は、神経細胞、皮膚細胞など他の前駆細胞にもある可能性があるため、今後の展開が期待されます」。
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English summary
A University of Tokyo research group has revealed that novel chromatin domains repress the action of genes involved in fat storage by analyzing the epigenome, the information contained in chemical changes to the genome, in a type of immature cell (preadipocytes) that will later differentiate into mature fat cells (adipocytes). This research may lead to preventive methods and novel treatments for lifestyle diseases.
Fatty tissues in our bodies contain these immature preadipocytes and the mature adipocytes they become, both of which play key roles in the development of metabolic syndrome accompanied by obesity. When one overeats, excess energy is stored as lipids as adipocytes are enlarged and preadipocytes are differentiated into mature adipocytes.
Preadipocytes and adipocytes have the same nucleotide sequence in their genomes. In preadipocytes, however, genes involved in lipid storage are repressed, while in adipocytes, the same genes are activated. Genes function differently in these cells because they have distinct epigenomes, the acquired and re-writable information contained in chemical changes to the genome. While the epigenetic mechanism that represses genes in embryonic stem cells has been well studied, the epigenetic mechanism in preadipocytes has not been elucidated.
The research group of Professor Juro Sakai, Assistant Professor Yoshihiro Matsumura and their colleagues at the Research Center for Advanced Science and Technology focused on the epigenome structure H3K9me3 as potentially involved in gene suppression in preadipocytes. The researchers performed a genome-wide analysis of H3K9me3 and the associated protein SETDB1 in preadipocytes using a next-generation DNA sequencer. In preadipocytes the researchers identified novel chromatin domains containing H3K4me3, which activates genes, and H3K9me3, which represses them, in tandem on approximately 200 genes. Finally, they revealed that the novel chromatin domains repress genes involved in lipid accumulation in preadipocytes.
"It was known that the epigenome structure H3K27me3 is involved in the repression of genes in the embryonic stem cell," says Professor Sakai. He continues, "This time, we have found the new epigenome structure H3K9me3 in preadipocytes. It is possible that this structure may also exist in nerve, skin and other progenitor cells and we look forward to future developments in this research."
Identification of novel chromatin domains regulating fat cells Epigenome
represses genes involved in fat storage
http://www.u-tokyo.ac.jp/en/
novel-chromatin-domains-