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助成番号 140235
研 究 成 果 報 告 書（国立情報学研究所の民間助成研究成果概要データベース・登録原稿）
研究テーマ（和文） ＡＢ

動物の初期胚における細胞分裂による遺伝子ネットワークの時間的調節

研究テーマ（欧文） ＡＺ

Temporal control of gene regulatory networks by cell divisions in early animalembryos

研究氏
代表名
者

ｶﾀｶﾅ ＣＣ姓）サトウ名）ユタカ

研究期間 Ｂ

２０１４ ～ ２０１５年

漢字 ＣＢ

佐藤ゆたか

報告年度 ＹR

２０１５ 年

ﾛｰﾏ字 ＣＺ SatouYutaka

研究機関名

京都大学

研究代表者 ＣＤ
所属機関・職名

京都大学大学院理学研究科 准教授

概要 ＥＡ (600 字～800 字程度にまとめてください。)
動物の胚発生における遺伝子調節ネットワークの時間的な発展は、発現する遺伝子の転写・翻訳の生化学的な過程のダイナミクスによって説明される、と考えられてきた。しかし、ホヤ(Ciona intestinalis)胚を用いた網羅的な遺伝子発現パターンの解析結果はこのモデルを必ずしも支持せず、細胞分裂がネットワークの時間進行に何らかの形で関与していることを示している。
ホヤの１５個の遺伝子について、定量的逆転写 PCR（RT-ｑPCR）を用いて発現するタイミングを正確に測定したところ、細胞の分裂後に急激に発現量が増え、次の分裂の少し前から発現量の上昇が停止することが分かった。つまり、細胞の分裂が遺伝子発現の調節に何らかの関与をしていることを示唆している。
また、薬剤処理によって細胞分裂を止めると、本来、遺伝子発現が始まる時間になっても、遺伝子発現は始まらない。この薬剤処理胚を用いて、２種類の転写因子についてクロマチン免疫沈降をおこなったところ、細胞分裂を止めた胚でもそれらの標的の遺伝子の調節領域への転写因子の結合が観察された。つまり、必要な上流の転写因子が結合してもそれだけでは転写が始まらないことを意味している。
そこで、次に RNA polymeraseII のクロマチン免疫沈降解析をおこなった。８細胞期、１６細胞期、３２細胞期、６４細胞期で解析をおこなったところ、予想に反して、６４細胞期までに発現する遺伝子のほとんどにおいて、８細胞期の時点で RNA polymeraseII がプロモーター付近にストールしていることがわかった。
以上の解析から、初期胚で発現をおこなう遺伝子のプロモーター付近には、遺伝子発現が始まる前から、 RNA
polymeraseII がストールしており、また、上流の転写因子が発現し、標的配列に結合してもそれだけでは、RNApolymeraseII のストーリングが解除されず、細胞分裂が必要であるらしいことが分かった。この現象は、遺伝子調節ネットワークが段階的に進んでいくことに重要だと考えられる。

キーワード ＦＡ

ホヤ

遺伝子ネットワーク

転写調節（以下は記入しないでください。）
助成財団ｺｰﾄﾞ ＴＡ

研究課題番号 ＡＡ

研究機関番号 ＡＣ

シート番号- 1 -発表文献（この研究を発表した雑誌・図書について記入してください。）
論文標題ＧＢ

未定

雑誌

著者名 ＧＡ
ページ ＧＦ

雑誌名 ＧＣ～発行年 ＧＥ

巻号 ＧＤ

論文標題ＧＢ
雑誌

著者名 ＧＡ
ページ ＧＦ

雑誌名 ＧＣ～発行年 ＧＥ

巻号 ＧＤ

論文標題ＧＢ雑誌

著者名 ＧＡ
ページ ＧＦ

雑誌名 ＧＣ～発行年 ＧＥ

巻号 ＧＤ

発行年 ＨＤ

総ﾍﾟｰｼﾞ ＨＥ

発行年 ＨＤ

総ﾍﾟｰｼﾞ ＨＥ

著者名 ＨＡ
図書

書名 ＨＣ
出版者 ＨＢ
著者名 ＨＡ

図書

書名 ＨＣ
出版者 ＨＢ

欧文概要 ＥＺIs temporal development of gene regulatory networks in animal embryos explained by dynamics ofbiochemical reactions of transcription and translation of genes? Our comprehensive analysis of gene
expression patterns in embryos of an ascidian Ciona intestinalis did not support this model, but hassuggested that cell divisions are somehow involved in temporal development of networks.
Our measurement of expression levels of 15 genes by reverse-transcription quantitative PCR (RT-qPCR)
revealed that genes begin to be expressed immediately after cell divisions and temporarily cease to
be expressed before cell divisions.
In embryos treated with a drug that inhibits cell divisions, genes were not expressed at time points
when they begin to be expressed in untreated embryos. We performed chromatin-immunoprecipitation (ChIP)
assays for two transcription factors, and found that even in embryos treated with this drug thesetranscription factors bind to their target sites. Namely, binding of these transcription factor is not
sufficient for promoting transcription of target genes.
We also performed a ChIP assay for RNA polymerase II, and found that, at the 8-cell stage, RNA polymerase
was stalled around promoter regions of most genes that begin to be expressed up to the 64-cell stage.
Our result shows that cell divisions are necessary for temporal stepwise development of gene regulatory
networks. RNA polymerase II was recruited to promoters of genes expressed in early embryos before theirtranscription starts, and binding of activator transcription factors might be insufficient foractivating transcription. Cell divisions are necessary.

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