Cell Volume 145, Issue 4, 13 May 2011, Pages 555-570
Background
マウスの嗅覚受容体は１４００以上あることが知られており、ゲノム上で巨大なクラスターを形成している。Stem cellからolfactory nerveに分化する際にこの中から一つのgeneが選ばれ、その他はOFFとなることが知られている。また、マウスでは特にその中でもsignle alleleが選ばれ、もう一つのalleleは選ばれないことが知られている。
本研究ではこのpositive selection (一つのgene, alleleが選ばれる過程)、negative selection（その他のgene, alleleがOFFになる過程）におけるepigenetic制御を解析した。
Figure 1
A; 嗅上皮細胞及び肝臓の細胞を用いてH3K9me3, H4K20me3のChIP-on-chipを行い、特定の染色体においてその濃縮を見たところ、ORやVRといったchemoreceptorで２種類のヘテロクロマチンマークが入っている事を見いだした。
B; 全遺伝子でランダムに１０００個の遺伝子を選び、この両者のmarkがdoubleで入っているものをsortingしてみるとやはりchemoreceptorが多い。
C; 全遺伝子の中からdouble heterochromatin markが入っている上位１０００この遺伝子を調べるとほとんどchemoreceptorであった。
Figure 2
A-C; 具体的な例として２番染色体のOR clusterのlocusでH3K9me3, H4K20me3の両者を調べてみるとChIP-on-chipと同様な結果が得られた。
D-G; もう一つの例として１１番染色体のOR clusterで調べても同様な結果であった。
Figure 3
Doubleでrepression markが入っている領域が実際にheterochromatin状態になっているかどうかをDNase I cut効率を用いて調べたところ、MOEでのみ確かにheterochromatinを形成していた。
Figure 4
Olfactory nerveの幹細胞、支持細胞、嗅上皮細胞の３種類でrepression markを調べたところ、ORの発現に関わらず分化した細胞ではdouble repression markが入っている事が確認された。
Figure 5
Figure 4と同様な結果をvivo sampleを用いて示した。
Figure 6
外因性にGFP付きのOR-Xをknockinしたマウスを用いた
GFPでsortingして、外因性に入れたalleleがchoiceされた細胞とされなかった細胞でhistone markを調べたところchoiceされた細胞ではdouble heterochromatin markが外れ、H3K4me3が入っていた。一方でchoiceされなかった細胞ではrepressive markが入りっぱなしだった。
Figure 7
OR cluster内に外因性にOMP-LacZ遺伝子を導入したマウスを用いてhistone mark解析を行ったところ、この領域にknockinされた遺伝子はdouble repressive markが入っていた。
また、LacZの発現を+/- miceと+/+ miceで比べたところ、+/+ miceでLacZの発現は約２倍であった。Single allele choice ruleが外因性に入れた遺伝子に関しても適用されたことをvivoで示した。
Conclusion
OR genes are repressed via H3K9me2 in stem cells of the olfactory epithelium. During differentiation, OR silencing is mediated by the trimethylation of H3K9 and H4K20. H3K9 and H4K20 likely get demethylated at a single OR allele during OR choice. This epigenetic system induces OR-like expression on an heterologous promoter
(担当：神吉)
