2008年3月17日

Transcriptional "前ならえ"

Dynamic regulation of nucleosome positioning in the human genome. -Schones et al. Cell. 2008 Mar 7;132(5):887-98. を読んで。

高速シーケンサSolexaを用い、転写に伴うnucleosomeの動きを見た論文。

Solexaは一回走らせるのにはン十万円かかりますが、一気にGiga bases単位の量の遺伝子配列情報を取得することができる技術。ちょっと素敵。

本論文の実験対象はCD4+ T cellで、抗CD3抗体と抗CD28抗体でTCR signalingを惹起し、刺激のbefore/afterでnucleosomeのpositioningの変化を観察。

結果、刺激で発現が活性化された遺伝子の転写開始点(TSS)周辺において"phasing" (整列化)と呼ばれるnucleosomeの位置取りが観測されています。nucleosomeは普段はあまり決まった位置に座っていないが、遺伝子が 転写モードに入るとTSSを基点にビシッと並ぶ、ということ。

実験のやり方は、DNAをmicrococcal nuclease (MNase)でnucleosome単位に分断し、ヒストンに巻きついている部分のDNAの配列をまとめてSolexaでsequencingしてしま おう、というもの。(*1, *2) 1つのnucleosome分のDNA(150bp弱)の両端25bp程度ずつの配列を読んで、それらをマッピングすることでnucleosomeがいた 位置を同定します。(*4)

*1 Tiling Arrayでやった場合の結果と比較して再現性を確認しています。
*2 H3ヒストンでChIP-Seq(*3)した場合とMNaseで断片をとった場合との比較では、後者の方が解像度が良さげです。
*3 Chromatin ImmunoPrecipitationをアレイにかけるのをChIP-chip、シーケンサにかけるのをChIP-Seqと称します。
*4 さらっと "マッピング" と言いますが、数百万行に及ぶshort readsを一つ一つ全部BLASTにかけるような作業です。ハンパない処理量。

併せてpolII(*5)でのChIP-Seqも行っており、発現モードに入っている遺伝子のTSSのところにpolIIが入っていて、そして、ちょうど そこ(TSS直前の一つ分、"-1" の位置)ではnucleosomeが抜けている、という出来事も見ています。

また、polIIの "stalling" (*6)についても観察・検討しており、転写の伸長自体はしていないが準備万端状態でTSSのところにpolIIが座していること、そしていざ刺激が入っ て伸長開始となったときにはpolII CTD Ser5 がリン酸化されpolII本体のスイッチが入っている、といった現象もChIP-Seqで確認。(*7)

*5 RNA polymerase II (mRNA合成酵素)
*6 いつでも転写開始できるようpolIIが遊離でなくスタンバイしているような状態。Drosophilaのheat shock関連遺伝子などでcharacterizeされている。(Zeitlinger et al., 2007 etc.)
*7 抗リン酸化polII抗体などを使ってChIP。

そのほか、
・TSS周辺だけでなく、enhancer等の制御部位周辺でもphasingは起きる
・H3K4me3(ヒストンH3 Lysin 4 トリメチル化)のレベルが、phasing状態のTSS直近にて高い
・ヒストン本体が抜けるのに先立って、転写活性に関わるヒストンvariantであるH2A.Zがスッポ抜けている
といったことについても考察を加えています。(Barski et al., 2007のデータと併せた解析による)

phasingそのものに転写における機能的役割があるのか、それとも単にpolIIが割り込んだ結果として近くのnucleosomeの位置が押しやられて並んでいるだけなのか、よく分かりませんが...。

"phasing" が "前へならえ" だとすると、histone modificationなどで "休め" とかにあたるものがあっても良さそうな気がしたりしなかったり。

ちなみに、Solexaのような高速シーケンサが吐き出す大量の短配列データを扱うデータベースが早くもNCBIに用意されている模様。

Short Read Archive: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/Traces/sra/

数ギガもあるようなデータがゴロゴロ転がっています。宝が埋もれまくっているかも?