防衛の種を蒔く

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ソークの研究で、ストレスが病気への抵抗力を助ける広範なエピジェネティックな変化を引き起こすことが判明

カリフォルニア州ラホヤ発-正常な生物の発生に不可欠な部分であるメチル化は、環境条件によって変化することのないDNAの静的修飾であると長い間考えられていた。 しかし、ソーク生物学研究所の研究者らによる新たな発見は、ストレスにさらされた生物のDNAはDNAメチル化パターンの変化を受け、それによって遺伝子の制御方法が変化することを示唆している。

科学者らは、病原性細菌への曝露により、植物のエピジェネティックコード（遺伝子発現の制御を助けるDNA内の生化学的指示の追加層）に広範な変化が引き起こされることを発見した。 このエピジェネティックな変化は、ストレスに対する植物の反応を調整する役割を担う遺伝子の活性に関連しており、エピゲノムが生物が病原体やその他の環境ストレス要因に対する耐性を獲得するのに役立つ可能性があることを示唆している。

ソークの研究者らは、DNAに対するエピジェネティックな化学修飾の一種であるメチル化がストレスに対する植物の反応に役割を果たしているかどうかを調べるために、XNUMX系統の植物に細菌を感染させた。

左側の葉は、感染から XNUMX 日後に正常な植物から採取したもので、病気のシステムを示しています。 右側の葉は、メチル化できない突然変異植物から採取したものですが、病気の兆候は見られず、メチル化がストレス反応において機能していることを示唆しています。

画像: ロバート・H・ドーウェン提供

「これは、エピゲノムが単に静的な命令セットであるだけでなく、経験に基づいてそれらの命令を書き換える方法でもある可能性があることを意味します」と博士は言う。 ジョゼフ・エッカー、ソーク大学の教授 ゲノム解析研究室、研究チームを率いました。 「私たちの発見は、他の研究者の発見と組み合わせると、人生経験が私たちのDNAに痕跡を残すという証拠を構築します。」

この研究では、7月XNUMX日に出版された。 米国科学アカデミー紀要, Eckerらは、DNAメチル化が人間の免疫系をどのように調節するかを研究した。 シロイヌナズナ 植物。 メチル化は、とりわけ、時間の経過とともにゲノムに組み込まれたトランスポゾンと呼ばれる「ジャンピング遺伝子」の発現を抑制する生化学的プロセスです。 研究者らは、ゲノムワイドシーケンス技術を使用して、細菌感染に対する植物の反応における広範囲のメチル化変化を発見し、これらのメチル化変化が遺伝子発現をどのように変化させるかを決定するためにさまざまな分析を行った。

「これまでの研究から、いくつかの遺伝子の発現がストレスに応じたメチル化変化と結びついていることがわかっています」と、ソーク大学でエッカーとともにこのプロジェクトに取り組み、現在はボストンのマサチューセッツ総合病院に勤務している筆頭著者ロバート・ドーウェンは言う。 「しかし、私たちの発見は、植物をストレスにさらすと、侵入する病原体から植物を守るのに役立つ多数のメチル化変化を引き起こすことを示しています。」

植物は、遺伝子発現ネットワークの変化を引き起こすさまざまなホルモンシグナルを刺激することにより、感染時の寄生細菌の増殖を制限するための高度な一連の防御機構を使用しています。 ソークの発見やその他の最近の研究は、これらの細胞防御反応が DNA メチル化機構に関与して、遺伝子発現ネットワークを制御していることを示唆しています。 DNA メチル化パターンの変化やヒストン (遺伝子制御で重要な役割を果たすタンパク質) の修飾など、遺伝物質のエピジェネティックな変化は、DNA 配列を変えることなく遺伝子の発現を変化させる可能性があります。 さらに、低分子干渉 RNA (siRNA) と呼ばれる分子は、特にジャンピング遺伝子において DNA メチル化と密接に関係しており、これらの siRNA がメチル化プロセスを指示します。 驚くべきことに、研究者らは、これらのsiRNAのレベルも感染中に特定のトランスポゾンで変化し、これらの可動性DNA断片の活性化に対応していることを発見した。 これらの発見は、ストレスに応答するエピゲノムの動的な性質を示しています。

ソークの発見は、植物の DNA メチル化パターンを操作して病原体耐性作物を生成し、農薬への曝露を最小限に抑えるなど、農業に広範な影響を与える可能性がある。 毎年、年間作物の 30 ～ 40 パーセント以上が病原体によって失われ、そのコストは約 500 億ドルに上るため、これらの応用技術は非常に興味深いものとなっています。

最近の研究では、 植物生理学 植物の防御機能は、親がすでに病原体にさらされている子孫で初期化されているため、環境条件の記憶が世代を超えて受け継がれる可能性があることを示唆しています。 「この現象はほとんど理解されていませんが、幅広い関心があり、この分野では集中的に研究されています」とドーウェン氏は言います。 「私たちの発見は、私たちが観察したメチル化の変化が子孫に受け継がれるかどうか、あるいは同様のメカニズムがヒトの細胞でも起こっているかどうかを直接テストするための枠組みを提供する可能性があると考えています。」

この研究には他の研究者として、ソーク研究所のマッティア・ペリッツォーラ、ロバート・J・シュミッツ、ライアン・リスター、ジョセフ・R・ネリーも参加した。 カリフォルニア大学サンディエゴ校のジル・M・ドーウェンとジャック・E・ディクソン。

この作品を支援したのは、 国立衛生研究所 (AI060662)、 カタリーナ財団 カリフォルニア再生医療研究所 メアリー・K・チャップマン財団 ハワードヒューズメディカルインスティチュート と ゴードンとベティムーア財団.

ソーク生物学研究所について：
ソーク生物学研究所は世界有数の基礎研究機関の XNUMX つであり、国際的に有名な教員がユニークで協力的かつ創造的な環境で生命科学の基礎的な疑問を研究しています。 ソークの科学者は、発見と次世代の研究者の指導の両方に重点を置き、神経科学、遺伝学、細胞生物学、植物生物学、および関連分野を研究することで、がん、老化、アルツハイマー病、糖尿病、感染症の理解に画期的な貢献をしています。

教員の功績は、ノーベル賞や全米科学アカデミーの会員など、数多くの栄誉によって認められています。 ポリオワクチンの先駆者であるジョナス・ソーク医学博士によって 1960 年に設立されたこの研究所は、独立した非営利団体であり、建築上のランドマークでもあります。