国名：日本国

資金種別：科研費

獲得免疫系を持たない昆虫などの生物においても、感染刺激に対する適応反応、すなわち免疫「記憶」機構の存在が示唆されており、発生において「細胞記憶」を担うエピジェネティック制御因子群が、このような自然免疫「記憶」に関与する可能性が考えられる。高等生物種間で保存された自然免疫系とエピジェネティック制御系を併せ持つショウジョウバエモデルを用いて、腸管自然免疫系による感染防御、免疫寛容、恒常性維持機構に関与する高度に保存されたエピジェネティック制御因子に焦点をあて、その作用機序を解明することで、自然免疫系におけるエピジェネティック制御の普遍原理に迫ることを目的とした。腸管幹細胞(ISC)におけるSet2(H3K36メチル化酵素)のノックダウン、およびKdm4A(H3K36脱メチル化酵素)過剰発現により、緑膿菌の経口感染に対する抵抗性が有意に上昇することを既に見出している。また、マイクロアレイ解析の結果、活性酸素種の解毒、細胞分裂活性化、DNA損傷修復，ストレス応答因子群の発現が上昇しており、酸化ストレス応答が生じている可能性が示唆されていた。これらの発現解析結果についてRT-qPCRで確認した。興味深いことに、これらの発現亢進は緑膿菌に依存しておらず、恒常的に酸化ストレス応答が亢進してる可能性が考えられた。酸化ストレス応答は、通常、健常維持に関わる常在菌に対する応答では、寛容制御により低いレベルに抑えられている。これらのことから、ISCにおけるH3K36meの減弱により、一見すると病原菌感染抵抗性が見られるが、実は寛容制御の破綻により慢性炎症に類似した状態にある可能性が考えられた。実際、緑膿菌感染無しで長期間飼育すると、Set2KDあるいはKdm4A過剰発現個体ではコントロールに比べて短命となり、さらに、常在菌を除去する目的で抗生物質を投与したところ、この寿命の差は見出されなかった。

CiNii Research

資金種別：科研費

ショウジョウバエのDNA超らせん化因子(SCF)は、トポイソメラーゼIIと協調してDNAに負の超らせんを導入するタンパク質である。DNAの超らせん構造は転写や複製に重要な役剤を担うと考えられているが、真の生物学的意義については未だ謎が多い。SCFの生体内における機能を明らかにするため、RNAiを利用した解析を行ったところ、SCFの発現量低下によりX連関遺伝子群の発現レベルが雄特異的に低下すること、そして雄特異的致死性を示すことを見出した。さらに、SCFと遺伝子量補正遺伝子群(MSL遺伝子群)とが、遺伝学的・生化学的な相互作用を示すことから、SCFが遺伝子量補正機構に関与していることが強く示唆された。ショウジョウバエでは、雄X染色体の転写量を倍加することにより遺伝子量補正が成されており、MSL遺伝子産物がクロマチンの活性化に必須であることから、SCFはMSL複合体による活性クロマチンの構築に重要な役割を果たすと考えられる。以上の成果をまとめ、現在論文を投稿中である。
上記の結果に加え、腹部体節のアイデンティティーを支配するHox遺伝子、Abd-Bの変異体を用いた解析により、SCFがAbd-Bの発現制御に関与している事を示唆する結果を得た。さらに、Abd-Bの発現制御領域として同定されているFab-7エレメントを欠損した変異体を用いた解析から、SCFがFab-7を介したAbd-Bの発現制御に寄与している可能性を示した。Hox遺伝子群の発現制御に関しては、ポリコーム遺伝子群およびトリソラックス遺伝子群の解析を中心として、クロマチン構造変換/修飾による制御機構の存在が示されてきた。しかし、広範な非コード領域を含むクロマチンドメイン単位での制御を説明する上では未だ謎が多い。SCFがDNAのトポロジー変化を介してこのメカニズムに関与しているのではないかと考え、現在解析を進めている。

CiNii Research

資金種別：科研費

自然免疫系における「記憶」現象を検証する為に、ショウジョウバエモデルを用いて、複数世代にわたって病原性細菌感染実験を行った。網羅的遺伝子発現解析の結果、複数世代感染を繰り返した個体群と感染歴の無い対照群では、次世代以降での感染刺激に応答した遺伝子発現パターンに違いが観られた。今回の結果から、自然免疫系のみを有する生物種においても、特定の環境ストレスを何らかの機構により世代を超えて「記憶」している可能性が示された。

CiNii Research

資金種別：科研費

本研究では、優れた利点を併せ持つショウジョウバエモデルを用いて、腸管自然免疫・恒常性維持における新規エピジェネティック制御機構に迫ることを目的とした。腸管上皮幹細胞において、特異的な染色体修飾を人為的に減弱することで、ストレス応答遺伝子群の発現亢進が観られることを明らかにした。また、この特異的な染色体修飾の減弱により、短期的には細菌感染・ストレスに対する抵抗性の上昇が観られるものの、長期的には寿命短縮に繋がる現象が引き起こされることが示唆された。本研究結果から、腸管上皮幹細胞における特異的なエピジェネティック修飾が、ストレス応答・恒常性維持機構の適切な制御に寄与している可能性が示された。

CiNii Research