トランスポゾンと宿主のせめぎ合いについて新たな現象を発見
トランスポゾンと宿主のせめぎ合いについて新たな現象を発見
生命科学院生命システム科学コースの伊藤秀臣先生の研究グループは、ウィスコンシン大学（アメリカ合衆国）との共同研究を行い、DNAのメチル化の新しい役割を解明しました。
われわれヒトを含むほぼすべての生物のゲノム中には、トランスポゾンと呼ばれる動く遺伝子が多数存在しています。この動く遺伝子が無秩序に転移してしまうと、宿主である生物にとって、有害になることがあります。そのため、通常トランスポゾンはDNAのメチル化によって、その活性が抑制された状態にあります。しかし、あるグループのトランスポゾンは環境ストレスによって、活性化することが知られています。
本研究では、モデル植物であるシロイヌナズナで見つかった高温ストレスで活性化するトランスポゾン「ONSEN」に着目し、その制御機構を解析しました。DNAのメチル化酵素の変異体をもちいて，ONSENの転写活性を解析したところ，予想に反してDNAメチル化酵素の変異体では高温ストレスを与えたときのONSEN転写量が減少しました。一般的には、DNAのメチル化にはトランスポゾンの転写を抑制する効果があるため、DNAメチル化酵素の変異体ではONSENの転写量が増えるはずと思われましたが、実際には減少していたのです．ONSENは一般的なトランスポゾンと異なり，DNAのメチル化を自らの転写抑制に対する防御機構として利用していると考えられます。
さらに詳しく調べてみると、DNAメチル化酵素の変異体では、他のDNAメチル化酵素の局在が変化し、ONSENのメチル化を補っていることがわかりました。植物ではCG配列，CHG配列，CHH配列（H：A，T，G）におけるCのメチル化という3つのタイプがあり，それぞれ異なる分子機構により制御されています。このことから、宿主植物であるシロイヌナズナは、DNAのメチル化を担う酵素が働かなくなってしまった場合のバックアップとして、他のDNAメチル化酵素を用いてトランスポゾンを抑制する仕組みを備えていることが明らかとなりました。
本研究で得られた結果は，長年考えられてきたトランスポゾンと宿主のせめぎ合いについての新しい現象であり、両者の巧みな生存戦略を理解する糸口となることが期待されます。
本研究成果のより詳しい内容については、北大プレスリリース(https://www.hokudai.ac.jp/news/2021/08/dna-6.html)にも掲載されております。ぜひ併せてご覧ください。
論文情報
論文名 DNA methyltransferase CHROMOMETHYLASE3 prevents ONSEN transposon silencing under heat stress（DNAメチル化酵素のCHROMOMETHYLASE3は熱ストレス下でのトランスポゾンONSENのサイレンシングを防ぐ）
著者名 野沢紘佑1，Jiani Chen2，3，Jianjun Jiang2，Sara M. Leichter2，山田将誉1，鈴木孝征4，Fengguan Liu3，伊藤秀臣5＊，Xuehua Zhong2＊（1北海道大学大学院生命科学院，2ウィスコンシン大学，3植物保護研究所江蘇省農業学院，4中部大学大学院応用生物学研究科，5北海道大学大学院理学研究院，＊共同責任著者）
雑誌名 PLOS Genetics（オープンアクセス科学ジャーナル）
DOI 10.1371/journal.pgen.1009710
図：ONSENの転写制御モデル
野生型では、ONSEN領域のCMT3がCMT2の局在を抑制している。cmt3変異体では、CHH配列に結合することを許されたCMT2が、CHHのメチル化レベルを上昇させる。その結果、メチル化されたCHHを指標として、H3K9me2レベルが上昇することで、ONSENの転写量が減少する。
