新しい方法で単一細胞の遺伝子調節が明らかに！

多細胞生物が成長する過程で、個々の細胞は適切なタイミングと場所で異なるタイプの細胞に発展しなきゃいけないんだ。このプロセスは、成熟した体の複雑な構造を形成するのに役立つよ。遺伝子をオンにするためには、それを制御する領域が特定の因子が付着できるように開いていなきゃダメなんだ。ポリコームとトリトラックスと呼ばれる2つのタンパク質群が、DNAの特定の部分に化学的マークを追加して、遺伝子が活性かどうかを決定する手助けをするんだ。一つのマークは遺伝子がアクティブであることを示し、もう一つはそれが発現するのを防ぐものだよ。

胚が層を形成し始めると、劇的な変化を経て、より大きく複雑になっていく。これにより、様々な細胞タイプでの遺伝子調節の仕組みを理解するために、単一細胞レベルでの高度な技術が必要になるんだ。単一細胞RNAシーケンシングの導入によって、発生システムの中での細胞タイプの多様性や変化をより簡単に観察できるようになったよ。最近の研究では、DNAメチル化やクロマチンのアクセシビリティなど、遺伝子制御の他の側面についてもより深く調べ始めている。

#ヒストン修飾の研究の課題

ヒストンと呼ばれるタンパク質に対する化学的変化が遺伝子の活動に影響を与えることが知られているけど、ほとんどの研究はこれらの変化を細胞の集団で見ていて、単一細胞レベルでは見てこなかったんだ。単一細胞でのヒストン修飾を調査するための様々な技術が開発されてきた。一つの方法であるsort-assisted Chromatin ImmunoCleavage（sortChIC）は有望性を示している。ただ、遺伝子の活動とヒストン修飾がどのように一緒に機能するのかを本当に理解するには、両方を同時に分析することが重要なんだ。

それに取り組むために、T-ChIC（トランスクリプトーム + クロマチン免疫切断）という新しい方法が作られた。この方法を使えば、研究者は細胞のRNAの全内容と、そのヒストン修飾を分析できるんだ。T-ChICは完全なトランスクリプト解析と、これらの修飾がどこに存在するのかを詳しく示すクロマチン研究を組み合わせている。全ゲノムにわたるすべての修飾をマッピングする感度と特異性を示しつつ、RNAの全内容をキャッチするんだ。

#研究でのT-ChICの使用

T-ChICは、初期の胚発生過程であるガストルレーションのin vitroモデルに適用された。この研究では、ヒストンの化学的マークが発生過程でどのように変化し、これらの変化が細胞の分化にどのように関連しているかを調べている。

#T-ChICの詳細な方法

T-ChICは、いくつかのステップが含まれている。修飾をプロファイルするために、最初に細胞をアルコールで固定し、特定のヒストン修飾をターゲットにした抗体で処理し、次にその抗体に結合する特殊なタンパク質を追加する。単一細胞を個別のウェルに仕分け、いくつかの化学反応が起こるんだ。RNAは分析のために断片化され、各細胞のデータを追跡するためのユニークな識別子が追加される。その後、RNA情報とヒストン修飾の両方を研究できるようにライブラリがシーケンシングのために準備される。

#結果と発見

この方法をK562がん細胞に適用した後、研究者たちは遺伝子発現に関連する信号がヒストン修飾の期待されるパターンとよく一致することを発見した。アクティブな遺伝子はオンになっていることを示すマークで覆われていて、非アクティブな遺伝子は逆のマークを持っていた。RNAとヒストン修飾を一緒に研究することによって、細胞の化学の変化が遺伝子活動にどのように関連するかをはっきりと見られるようになった。

T-ChICはまた、初期発生を模倣する胚性幹細胞から作られた構造体であるガストルロイドでもテストされた。この設定によって、研究者たちはガストルロイドが発生する過程での時間に伴う変化を見ることができた。彼らは異なる細胞タイプがどのように形成され、発生のさまざまなポイントでヒストンマークのレベルがどのように変化するのかを追跡した。

#ガストルロイドからの観察

ガストルロイドが形成されるにつれて、研究者たちは初期から後期までの明確な分化経路を見つけた。彼らは胚の3つの胚層から出てくるさまざまな細胞タイプを特定した。この研究は、細胞が特定のタイプに分化するにつれて、ヒストン上の化学的マークも変化することを示した。

他の追加発見には以下のようなものがあった：

• まだ多能性の状態（どんな細胞タイプにもなれる）にあった細胞は、分化した細胞と比較して異なるヒストン修飾のパターンを持っていた。
• 発生において重要とされる特定の遺伝子は、オンまたはオフになる時期と相関するヒストンマークの変化を示した。

#研究の結論

T-ChICメソッドは、細胞分化中の遺伝子がどのように調節されるかについて貴重な洞察を提供する。発生の過程でどのように異なる細胞タイプが生まれるかをより明確に理解でき、遺伝子活動とヒストン修飾の相互作用についての詳細な絵が描かれるんだ。ガストルロイドモデルからの発見は、分化と形態形成がエピジェネティックな変化と密接に関連していることを示唆していて、これらの化学的修飾が適切な発生にとって重要だってことを示している。

要するに、T-ChICは単一細胞の遺伝子調節を研究する際に重要な進展を示していて、細胞分化と発生に関する今後の研究の基盤を提供するんだ。これは、単一の細胞から多様な細胞タイプを持つ明確な構造に形作る複雑な分子プロセスに光を当てている。