ニュース｜新たな科学的発見：トランスポゾンがヒトの初期発生に及ぼす影響

ニュース｜新たな科学的発見：トランスポゾンがヒト初期発生に及ぼす影響

新たな研究により、ヒトの初期発生における重要な転換は、私たち自身の遺伝子ではなく、トランスポゾンと呼ばれるDNA要素によって制御されていることが明らかになりました。Sinai Healthの研究者らが実施したこの研究は、これらの謎めいたDNA断片に関する従来の見方に疑問を投げかけ、ヒトの発生や疾患における重要な役割を明らかにしています。

「トランスポゾンは、細胞を乗っ取って自らを複製するウイルスのような寄生体だと考えられがちです」と、共同筆頭著者であり、Lunenfeld-Tanenbaum Research Instituteの主任研究員でもあるMiguel Ramalho-Santos博士は述べています。「しかし、私たちの研究は、これらの要素が単なるゲノム上の寄生体ではなく、初期発生に不可欠であることを示しました」

Developmental Cell誌に掲載されたこの研究は、転移因子が、ヒトの胚性細胞が初期発生を正常に進め、より初期の状態に逆戻りしないようにするうえで重要な役割を果たすことを示しています。研究者らはLINE-1、すなわちlong interspersed nuclear element-1に着目しました。私たちのゲノムの2%未満を占める遺伝子に単に伴って存在するのではなく、LINE-1要素は細胞内の遺伝物質の20%を占めています。一部は自らを増幅し、ゲノム内を移動して新たな位置に挿入されるため、「利己的DNA」と呼ばれています。

科学者らは長年、これらの要素はゲノムを乱し、血友病、神経疾患、がんなどの病気を引き起こす可能性があることから、主に有害なものと考えてきました。

博士研究員で、もう一人の共同筆頭著者でもあるJuan Zhang博士は、初期胚に豊富に存在するLINE-1 RNAメッセージに初めて関心を持ちました。RNAメッセージはゲノムの活性部分から転写されるため、LINE-1要素がこの重要な初期段階で活動していることを示しています。

「トランスポゾンが有害なら、なぜ初期胚で活動しているのでしょうか。これは形成が始まったばかりの胚です。危険な挿入が起きれば、その個体の発生全体に広がることになります」とZhang博士は述べました。

培養したヒト胚性幹細胞（ESC）でLINE-1の発現を抑制すると、細胞はより原始的な八細胞期へと退行しました。この段階では、八つの同一な全能性細胞が胚と胎盤の両方へ分化できます。この段階を過ぎると、ESCは依然として胎児のあらゆる細胞種を形成できますが、胎盤に寄与する能力は徐々に失われます。

さらなる実験により、これらのLINE-1 RNA分子は、細胞核内の三次元空間でDNAを組織化する足場として機能することが示されました。これらは重要な遺伝子を含む染色体19を遺伝子サイレンシング領域へ移動させ、胚が後の段階へ円滑に進めるようにします。

「私たちの研究は、胚が異なる機能のために細胞の特殊化を始める重要な転換点で、LINE-1が遺伝子発現を制御することを示しています。これは偶然ではなく、重要な進化メカニズムであることが結果から示唆されます」とZhang博士は述べました。

驚くべきことに、この新たな役割は、LINE-1の通常の挙動とは正反対です。新たなゲノム上の位置へ移動して潜在的に有害な変異を引き起こすのではなく、この重要な状況ではLINE-1要素が特異的に発生を促進し、ヒトの初期成長における重要性を浮き彫りにしています。

この基礎研究は、生殖医療や再生医療における幹細胞の利用に重要な示唆を与えます。また、神経疾患やがんなど、これらの要素が関与する疾患において研究できるLINE-1の新たな役割も明らかにしています。

Lunenfeld-Tanenbaum Research Institute所長で研究担当副学長のAnne-Claude Gingras博士は、次のように述べています。「この研究は、ヒトの発生と、これらの謎めいたゲノム要素について、私たちがまだ学ぶべきことがいかに多いかを浮き彫りにしています。この重要な発見によって新たな道を切り開いた同僚たちを称賛するとともに、今後の研究で何が明らかになるのかを楽しみにしています」

この研究は、Canadian Institutes of Health Research、Great Gulf Homes Charitable Foundation、University of Toronto Medicine by Design programの助成を受けて実施されました。

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