INTRODUCTION DNAのメチル化

*
The Japanese Society of Developmental Biologists
Develop. Growth Differ.,(2010),52:555–56
* エピジェネティクスという言葉はコンラッド・ウォディントンに
よって1942年に提唱
定義:「エピジェネテェクス
=表現型を取り込む環境と遺伝型の相互作用」
Epigenetics, as originally coined by Conrad Waddington in 1942,
referred to the intermediate factor between genotype and
phenotype
表現型 (Phenotype) = 遺伝型 (Genotype) × 環境(Environment)
EPIGENETICS
※EPIGENETICS= EPIGENESIS +GENETICS
EPIGENESIS(後成説)⇔ Preformation theory(前成説)
分化
卵
fertilized egg
*
エピジェネティクス研究は・・・
* 植物における生理学や分子遺伝学において最先端である
* 高等植物においては発生やストレス応答の研究に役立つ
* しかし、研究の多くは動物、とくに哺乳類
* 植物における研究は少なく、シロイヌナズナやイネ、コムギ等
* Epigenetic research is at the forefront of plant biology and
molecular genetics.
* Studies on higher plants underscore the significant role played
by epigenetics in both plant development and stress response.
* Although there have been fewer epigenetic studies on plants,
there is a fair amount of epigenetic information on certain plant
models such as Arabidopsis ,Oryza sativa and maize
* DNAのメチル化
①DNAの塩基対上に起こるエピジェネティック制御のひとつ
②主にシトシンのピリミジン環の五番目の炭素にメチル基が付加
③細胞分裂をしても付加されたまま
* DNA methylation is a type of epigenetic modification
that occurs at the bases of the DNA strands
* DNA methylation is mostly found at the fifth carbon of
the cytosine pyrimidine ring
* The same modification pattern found in parental cells can be
inherited in subsequent generations.
Me
DNA
Me
Me
ATCGACTACTGA
*
* メチル化の機能
①遺伝子の発現制御
②トランスポゾンを安定化する
* Methylation on DNA may alter the transcriptional activity of
associated genes or maintain genome integrity by repressing
transposable elements
①遺伝子の制御
Me
DNA
Me
②トランスポゾンを抑える
Me
ATCGACTACTGA
Not work
transposable elements
↓
動物と植物のDNAメチル化の違い
* 動物
メチル化が起きる場所→CGのCだけ
* 植物
メチル化が起きる場所→すべてのC
3パターン
CG ,CHG ,CHH (H:A,T,C)
* In animals, almost all methylated cytosines occur in the only CG
sequence context
* Incontrast to DNA methylation in animals, plant cytosine
methylation has been found at all cytosine sequence contexts—
CG, CHG and CHH (H=A, T or C)
* バイサルファイト法を使ったゲノムワイドなメチル化解析により
一塩基単位のDNAのメチル化が解析可能に
* By combining bisulfite conversion and highthroughput
sequencing, genome-wide DNA methylation has been profiled in
the model plant Arabidopsis
* 5週間育てたシロイヌナズナのシトシンのメチル化レベル
cytosine methylation levels of five-week-old Arabidopsis
CG:24.0%
CHG: 6.7%
CHH: 1.7%
Me
DNA
Me
ATCGACTACGGA
DNA
replication
Me
Me
ATCGACTACGGA
* CGはメチル化されているなら
80~100%がメチル化
メチル化されていないなら
80~100%がされていない
→CGにおけるメチル化は
細胞分裂を経ても安定して残る
* Most CG sites are at the 80-100%
level , either unmethylated or
methylated , suggesting that CG
methylation is precisely
maintained after DNA replication.
* CHGは均一で幅のあるメチル化レベル
* CHHはメチル化されていてもメチル化レベルが低い
→特異的に異なる細胞でメチル化が生じる?
* In contrast, methylated CHG sites have a wide range of
methylation levels, and most methylated CHH sites have a low
methylation level, suggesting that differentially methylated CHG
and CHH loci exist in different cells.