トリパノソーマ類は真核生物であるが、原核生物によく見られるポリシストロニックな転写様式を示す。ブルーストリパノソーマ（Trypanosoma brucei）では、約150個のポリシストロンと8000個の遺伝子がRNAポリメラーゼIIによって恒常的に転写されている。RNAポリメラーゼIIのプロモーターも独特であり、その多様なN末端テールに特異的な翻訳後修飾パターンを帯びたヒストンが豊富なクロマチン領域を特徴とする。
英国のダンディー大学とヨーク大学の研究チームは今回、T. brucei の遺伝子発現制御におけるヒストンテール残基の役割を調べるため、変異ヒストンのみを発現する株を作製した。誘導性CRISPR-Cas9システムを用いて40コピー以上存在する内在性のヒストンH4遺伝子を欠損させ、その欠損部分を単一コピーの異所性H4遺伝子（H4ECT）で補完し、ヒストン変異体の解析を容易にした。なお、H4ECT遺伝子は、コドン最適化を介してより高い発現レベルを実現し、同時に、CRISPR-Casによる再編集を防止するように設計された。
CRISPR-Cas9遺伝子編集を介して得られた株は、全ゲノムシーケンシングとトランスクリプトーム解析によって検証された。次に、アセチル化またはメチル化されたヒストンH4 N末端テールのリジン残基6個に対して飽和変異誘発を行い、384個の精密編集変異体の相対的な適応度を、マルチプレックス・アンプリコンシーケンスにより評価した。
CRISPR-Cas9遺伝子編集を介して得られた株は、全ゲノムシーケンシングとトランスクリプトーム解析によって検証された。次に、アセチル化またはメチル化されたヒストンH4 N末端テールのリジン残基6個に対して飽和変異誘発を行い、384個の精密編集変異体の相対的な適応度を、マルチプレックス・アンプリコンシーケンスにより評価した。
適応度からみて、H4<lys10>の変異は許容されなかったが、H4<lys4>またはH4<lys14>変異体を発現する株19株が得られた。H4lys4グルタミン変異体のプロテオーム解析およびトランスクリプトーム解析により、RNA pol-IIプロモーター近傍の遺伝子発現が著しく低下していることが明らかになった。これらの遺伝子はグルタミンによって異常に高いアセチル化が模倣されている。
このようにして、トリパノソーマにおいて、改変されたヒストンH4 N末端残基によるポリシストロニックな発現制御の直接的な証拠が得られた。
[図一覧]
- Fig. 1: Complementation of >40 T. brucei histone H4 genes with a recoded H4 gene
- Fig. 2: H4 tail lysine saturation mutagenesis and multiplex fitness-profiling.
- Fig. 3: A panel of strains exclusively expressing histone H4 mutants.
- Fig. 4: Proteomic analysis of histone H4<K4Q> and H4<K14Q> mutants.
- Fig. 5: Expression of promoter-adjacent genes is disrupted in H4K4Q mutants.
[出典] "Precision-edited histone tails disrupt polycistronic gene expression controls in trypanosomes" Novotná M, Tinti M, Faria JRC, Horn D. Nat Commun. 2025-07-04. https://doi.org/10.1038/s41467-025-61480-z [著者所属] U Dundee (英国), U York.
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