ポリコーム群タンパク質

ポリコームグループタンパク質（PcGタンパク質）は、ショウジョウバエで初めて発見されたタンパク質複合体ファミリーであり、クロマチンをリモデリングすることで遺伝子のエピジェネティックサイレンシングを引き起こす。ポリコームグループタンパク質は、ショウジョウバエ（Drosophila melanogaster ）の胚発生において、クロマチン構造の調節を介してHox遺伝子をサイレンシングすることでよく知られている。PcG機能低下の最初の兆候として、後脚が櫛状の毛を持つ前脚へとホメオティックに変化することが多いことから、その名称が付けられている。[ 1 ]

昆虫では

ショウジョウバエでは、トリソラックスグループ（trxG）タンパク質とポリコームグループ（PcG）タンパク質が拮抗的に作用し、細胞記憶モジュール（CMM）と呼ばれる染色体要素と相互作用する。トリソラックスグループ（trxG）タンパク質は遺伝子発現の活性状態を維持するが、ポリコームグループ（PcG）タンパク質は、多くの細胞世代にわたって安定しており、生殖細胞分化プロセスによってのみ克服できる抑制機能により、この活性化に対抗する。ポリコーム遺伝子複合体またはPcGサイレンシングは、少なくとも3種類の多タンパク質複合体ポリコーム抑制複合体1（PRC1）、PRC2 、およびPhoRCで構成される。これらの複合体は連携して抑制効果を発揮する。PcGタンパク質は進化的に保存されており、少なくとも2つの別々のタンパク質複合体、PcG抑制複合体1（PRC1）とPcG抑制複合体2～4（PRC2/3/4）に存在している。 PRC2 はヒストン H3 のリジン 27 のトリメチル化 (H3K27me2/3) を触媒し、PRC1 はヒストン H2A のリジン 119 をモノユビキチン化 (H2AK119Ub1) します。

哺乳類では

哺乳類では、ポリコーム グループ遺伝子の発現は、ホメオティック遺伝子調節やX 染色体の不活性化など、発生の多くの側面で重要であり、XCI [ 2 ]または胚性幹細胞の自己複製のマスター調節因子であるXist RNAによって不活性 X にリクルートされます。[ 3 ] Bmi1ポリコームリング フィンガータンパク質は、神経幹細胞の自己複製を促進します。[ 4 ] [ 5 ] PRC2 遺伝子のマウス ヌル変異体は胚性致死ですが、ほとんどの PRC1 変異体は周産期に死亡する生来のホメオティック変異体です。対照的に、PcG タンパク質の過剰発現は、いくつかの癌の種類の重症度と浸潤性と相関しています。[ 6 ]哺乳類の PRC1 コア複合体は、ショウジョウバエと非常によく似ています。ポリコーム Bmi1 はink4 遺伝子座(p16 Ink4a、p19 Arf )を調節することが知られています。[ 4 ] [ 7 ]

二価クロマチン部位におけるポリコームグループタンパク質の制御はSWI/SNF複合体によって行われ、ATP依存性排除を介してポリコーム複合体の蓄積に対抗する。[ 8 ]

X染色体不活性化におけるリクルートメント

X染色体不活性化（XCI）は、進化の過程でXX女性とXY男性の間でX連鎖遺伝子量のバランスをとるために選択された現象である。[ 9 ]これは、遺伝子サイレンシングが可逆的な確立段階と、遺伝子サイレンシングが不可逆的になる維持段階の2つの段階に分けられる。[ 10 ]確立段階のXCIでは、このプロセスのマスターレギュレーターであるXist RNAが単一対立遺伝子的にアップレギュレーションされ、 [ 11 ]将来の不活性X（Xi）に沿ってシスに広がり、核周辺部に再配置される。[ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]そして、ポリコーム抑制複合体のタンパク質を含む、抑制性クロマチンリモデリング複合体をリクルートする。 [ 15 ] [ 16 ] [ 17 ] Xistがポリコーム抑制複合体2（PRC2）をクロマチンに直接リクルートするかどうか[ 18 ]、またはこのリクルートがXistを介したクロマチンの変化の結果であるかどうかは、激しい議論の対象となっている。[ 19 ]

機構

ある超解像研究では、Xist と PRC2 は直接相互作用しないことが示されました (上記)。2 番目の研究では、それらが密接かつ統計的に有意に関連していることが示されました。

いくつかの研究では、PRC2の構成要素はXist RNAと関連していないか、機能的に相互作用しないことが示されています。[ 20 ] [ 21 ] [ 22 ] [ 23 ]別の研究では、質量分析によって、 [ 24 ] PRC2の2つのサブユニットがXistと相互作用する可能性があることが示されていますが、これらのタンパク質は他の複合体にも存在し、PRC2複合体の独自の構成要素ではありません。

PRC2 は Xist RNA の A リピート (RepA) に直接、非常に高い親和性 (解離定数 10-100 ナノモル) で結合し、[ 25 ] [ 26 ] Xist を介した PRC2 の X 染色体へのリクルートメントを支持している。このような相互作用が生理的条件下で体内で起こるかどうかは不明である。 [ 27 ]機能スクリーニングで PRC2 タンパク質が見つからない場合、不完全なスクリーニングの結果か、細胞が PRC2 なしでは生存または競合できないことが原因である可能性がある。2 つの超解像顕微鏡解析から異なる見解が示された。1 つは Xist と PRC2 が空間的に離れていることを示し、[ 28 ]もう 1 つは Xist と PRC2 が密接に関連していることを示した。[ 29 ] PCR のリクルートメントは、直接的な Xist 介在リクルートメント、アダプタータンパク質、クロマチン変化、RNA pol II 排除、または PRC1 リクルートメントを含むいくつかのメカニズムによって並行して起こる可能性がある。[ 30 ] [ 31 ]例えば、分化中の胚性幹細胞（ESC）において、PRC2のリクルートはPRC1を介したH2A119のユビキチン化に関連している。[ 32 ] [ 33 ] [ 34 ]ここで、PRC1のリクルートはhnrnpKとXist repBによって媒介される。[ 33 ] [ 34 ] 完全に分化した細胞では、PRC2のリクルートはXist RepAに依存しているように見える。[ 34 ]相分離などの代替経路や補完経路も、異なる実験システムや異なる発生段階でX細胞へのPRC2のリクルートを確立するために働いている可能性がある。Tartaglia研究室の研究も参照のこと。

植物では

ポリコーム遺伝子FIEは、ヒメツリガネゴケ（Physcomitrella patens ）の未受精卵細胞（右）で発現（青）し、受精後に発達中の二倍体胞子体（左）で発現が停止する。FIEプロモーターの制御下でFIE-uidAの翻訳融合遺伝子を発現するトランスジェニック植物の2つの雌性生殖器（造卵器）のin situ GUS染色。

ヒメツリガネゴケ（Physcomitrella patens）では、PcGタンパク質FIEは未受精卵細胞などの幹細胞で特異的に発現する。受精後まもなく、FIE遺伝子は若い胚において不活性化される。[ 37 ]ポリコーム遺伝子FIEは、コケ類ヒメツリガネゴケ（Physcomitrella patens）の未受精卵細胞で発現し、受精後、発達中の二倍体胞子体において発現が停止する。

哺乳類とは異なり、PcGは細胞を分化状態に保つために必要であることが示されています。したがって、PcGの喪失は脱分化を引き起こし、胚発生を促進します。[ 38 ]

ポリコームグループタンパク質は、開花遺伝子座C遺伝子をサイレンシングすることで開花制御にも介入する。[ 39 ]この遺伝子は植物の開花を阻害する経路の中心的な部分であり、冬季のこの遺伝子のサイレンシングは植物の春化に介入する主な要因の1つであると考えられている。[ 40 ]

参照

参考文献

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