東大、菌類を対象にしたヌクレオソーム位置取りの保存性と多様性を確認

東京大学　農学生命科学研究科　研究成果

菌類におけるヌクレオソーム位置取りの保存性と多様性
Ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　ｎｕｃｌｅｏｓｏｍｅ　ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ　ｉｎ　ｆｕｎｇｉ


＜発表者＞
　西田洋巳（東京大学大学院農学生命科学研究科　アグリバイオインフォマティクス教育研究ユニット　特任准教授）
　近藤伸二（理化学研究所　上級研究員）
　松本貴嗣（東京農業大学　研究員）
　鈴木穣（東京大学大学院新領域創成科学研究科　准教授）
　吉川博文（東京農業大学　教授）
　Ｔｏｄｄ　Ｄ．Ｔａｙｌｏｒ（理化学研究所　チームリーダー）
　杉山純多（テクノスルガ・ラボ　学術顧問）


＜発表概要＞
　真核生物のゲノムＤＮＡは細胞の核内にヒストン８量体に結合して存在しています。ヒストン８量体にゲノムＤＮＡは２回弱巻きついており、その構造をヌクレオソームと呼びます。ゲノムワイドなヌクレオソームマップ解析から細胞間におけるヌクレオソームの形成位置の保存性と多様性が明らかになり、多くの遺伝子の転写開始点付近では位置取りが高度に一致しています。この結果はヌクレオソーム位置取りが転写調節に深くかかわっていることを強く示唆しています。それでは転写開始点付近におけるヌクレオソームの位置取りは異なる生物種においても共通性があるでしょうか？我々はこの疑問に応えるため、系統進化上広い範囲の菌類を対象として、ヌクレオソーム位置取りの比較研究を行っています。今回、担子菌類としては世界初のヌクレオソームマップをゼンマイ寄生菌類Ｍｉｘｉａ　ｏｓｍｕｎｄａｅを用いて作成し、子嚢菌類と担子菌類におけるヌクレオソーム形成様式の異同について比較しました。その結果、ヒストンに巻きついているＤＮＡ長には種特異性があり、系統進化上近縁であっても相違が見られることを示しました。また、ヌクレオソーム間のリンカーＤＮＡ領域における塩基配列の偏りを示し、ヌクレオソーム形成領域における塩基配列の偏りと対照性があることを明らかにしました。この偏りはヌクレオソームマップが作成された生物に共通性があり、ＤＮＡ配列とヒストンタンパク質の相互作用が進化の過程において広く継承されてきたことを示しています。


＜発表内容＞
　菌類は“下等菌類”（ツボカビ類および接合菌類）と“高等菌類”に分類されます。“高等菌類”は有性胞子が内生である子嚢菌類と外生である担子菌類に分けられます。有性胞子の形成が確認できない“高等菌類”（いわゆる“不完全菌類”）も系統進化上は子嚢菌類か担子菌類に分けられます。ゼンマイ寄生菌類Ｍｉｘｉａ　ｏｓｍｕｎｄａｅはその発見記載より８０年余りの間子嚢菌類に分類されてきましたが、１９９５年にこれまでに類似報告のないユニークな担子菌類であることを明らかにしました（Ｎｉｓｈｉｄａ　ｅｔ　ａｌ．，Ｃａｎ．Ｊ．Ｂｏｔ．７３：Ｓ６６０−Ｓ６６６）。しかし、その詳細な系統学的位置は不明のままです。そこで、今回、Ｍ．ｏｓｍｕｄｎａｅのゲノム塩基配列、ＲＮＡマッピング、網羅的転写開始点の決定、およびヌクレオソームマッピングを並行して解析いたしました。

　その結果、ドラフトゲノム塩基配列として２８３コンティグ（約１３．４Ｍｂｐ）を決定し、６７２６のタンパク質コード領域を予測いたしました。これらの予測タンパク質の類似配列検索の結果、本菌類がプクシニア菌亜門に属することを明らかにしました。

　ヌクレオソームの位置については一つのヌクレオソーム（単一ヌクレオソーム）由来のＤＮＡ断片より約３０００万、連続する二つのヌクレオソーム（単二ヌクレオソーム）由来のＤＮＡ断片より約２７００万の位置を決定しました。それらの長さの分布は単一ヌクレオソームが１３２と１５０塩基の二つのピークを持ち、単二ヌクレオソームが３００塩基のピークを持つことが分かりました。この長さの分布は糸状子嚢菌類Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ　ｆｕｍｉｇａｔｕｓに近い結果であり、子嚢菌酵母Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ　ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅとは大きく異なりました。なお、Ａ．ｆｕｍｉｇａｔｕｓは単一ヌクレオソームが１３５と１５０塩基のピーク、単二ヌクレオソームが２８５塩基のピークを持っており、Ｍ．ｏｓｍｕｎｄａｅの単二ヌクレオソーム長よりも１５塩基短いことがわかり、ヌクレオソームリンカーＤＮＡの長さがＭ．ｏｓｍｕｎｄａｅはＡ．ｆｕｍｉｇａｔｕｓよりも若干長いことを示しています。

　転写開始点上流から下流におけるヌクレオソーム形成位置のプロファイルでは、転写開始点に最も近いヌクレオソームの位置の保存度は極めて高く、転写開始点より離れれば離れるほど保存度が低くなる傾向を顕著に示しました。この特徴はゲノムワイドなヌクレオソームマップが作成された他の生物と共通でした。

　単一ヌクレオソームＤＮＡ断片の中心位置と単二ヌクレオソームＤＮＡ断片の中心位置のプロファイルを比較したところ、両者の振幅の様子が類似し、山と谷が一致していることが分かりました（図１）。すなわち、ＭＮａｓｅによるクロマチンの分解はほぼランダムに生じており、単二ヌクレオソームとして切られやすい位置が特定されているわけではないことを示しました。例外として、転写開始点から＋１と−１の位置のヌクレオソーム由来のＤＮＡ断片は顕著に少なく、このＤＮＡ領域がＭＮａｓｅにいち早く分解されたことを示します（図１）。

　また、単一ヌクレオソームＤＮＡの中心位置はヒストン８量体に結合している領域であり、単二ヌクレオソームＤＮＡの中心位置はヌクレオソームリンカーＤＮＡに位置していることから、それらのＤＮＡ配列の特徴を明らかにしました。リンカーＤＮＡ領域ではＣＣ，ＣＧ，ＧＣ，ＧＧの２塩基頻度が高く、ＡＴ，ＴＡの頻度が低く、ＡＴ，ＴＡの頻度が高いヌクレオソームＤＮＡ領域とは対照的であることを示しました（図２）。この特徴はヒトのヌクレオソーム研究で報告された結果とよく一致しており、真核細胞生物の進化において維持され、継承されてきたことを示しています。最近、遺伝子プロモータ領域におけるヌクレオソームの位置がＡＴＰ依存的に配置されていることが明らかにされていますが、その後のヌクレオソーム形成においてはゲノム塩基配列の特徴に従い配置されていると考えられます。

　＊図１、図２は添付の関連資料を参照


＜発表雑誌＞
　雑誌名　：Ｏｐｅｎ　Ｂｉｏｌｏｇｙ（Ｖｏｌｕｍｅ　２，Ａｒｔｉｃｌｅ　ＩＤ　１２００４３）
　論文題名：Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｎｕｃｌｅｏｓｏｍｅｓ　ａｎｄ　ｌｉｎｋｅｒ　ＤＮＡ　ｒｅｇｉｏｎｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｇｅｎｏｍｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｂａｓｉｄｉｏｍｙｃｅｔｅ　Ｍｉｘｉａ　ｏｓｍｕｎｄａｅ　ｒｅｖｅａｌｅｄ　ｂｙ　ｍｏｎｏ−　ａｎｄ　ｄｉｎｕｃｌｅｏｓｏｍｅ　ｍａｐｐｉｎｇ
　著　者　：Ｈｉｒｏｍｉ　Ｎｉｓｈｉｄａ，Ｓｈｉｎｊｉ　Ｋｏｎｄｏ，　Ｔａｋａｓｈｉ　Ｍａｔｓｕｍｏｔｏ，Ｙｕｔａｋａ　Ｓｕｚｕｋｉ，　Ｈｉｒｏｆｕｍｉ　Ｙｏｓｈｉｋａｗａ，Ｔｏｄｄ　Ｄ．Ｔａｙｌｏｒ，　ａｎｄ　Ｊｕｎｔａ　Ｓｕｇｉｙａｍａ
　ＤＯＩ　　：１０．１０９８／ｒｓｏｂ．１２００４３