iPS細胞由来の興奮性ニューロンを用いた
CRISPR-Cas9タイリング欠失スクリーニングにより [Figure 1引用右図 a 参照]、量感受性神経精神疾患リスク遺伝子である APP、FMR1、MECP2、およびSIN3A の4つの遺伝子において、39個の機能的エンハンサーが同定された。SIN3A における対立遺伝子エンハンサーの欠失は、野生型の対立遺伝子からの転写活性の増加によって補償され、このメカニズムは分化過程を通じて維持され、また、プロモーターにおける用量感知によって媒介されていた。これらの知見は、量感受性遺伝子の正確な転写出力を保証する一般的な調節補償メカニズムを明らかにしている。
[詳細]
CRISPR-Cas9タイリング欠失スクリーニングにより [Figure 1引用右図 a 参照]、量感受性神経精神疾患リスク遺伝子である APP、FMR1、MECP2、およびSIN3A の4つの遺伝子において、39個の機能的エンハンサーが同定された。SIN3A における対立遺伝子エンハンサーの欠失は、野生型の対立遺伝子からの転写活性の増加によって補償され、このメカニズムは分化過程を通じて維持され、また、プロモーターにおける用量感知によって媒介されていた。これらの知見は、量感受性遺伝子の正確な転写出力を保証する一般的な調節補償メカニズムを明らかにしている。[詳細]
最適な時空間的遺伝子制御は、正常な発生に不可欠である。エンハンサーなどのシス調節エレメント（CRE）の変異は、標的遺伝子の調節異常、ひいては、疾患を引き起こす。現在までに、クロマチンアクセシビリティ、ヒストン修飾、転写因子（TF）結合部位などの生化学的特徴に基づいて、100万個以上の候補CRE（candidateCREs：cCRE）がヒトゲノム上にマッピングされている。
cCREには、複雑な疾患のゲノムワイド関連解析（GWAS）で同定された変異が豊富に存在しており、遺伝子制御機構を介したヒト疾患への潜在的な寄与を示唆している。しかし、cCREが標的遺伝子の発現をどのように制御するのかは、ほとんど解明されていない。
神経精神疾患および神経変性疾患については、遺伝子解析により多くのリスク遺伝子が同定されており、その多くは量感受性遺伝子であることから、遺伝子発現の精密な制御が正常な神経機能の維持と疾患の予防に不可欠であることが示唆されている：
- βアミロイドペプチドの前駆体タンパク質である APPの変異や重複は、アルツハイマー病の原因因子である。
- FMR1 遺伝子の転写亢進（FMR1プレミューテーション：5'非翻訳領域に55～200個のCGGリピート）は、脆弱X随伴振戦／運動失調症候群（FXTAS）、脆弱X症候群関連原発性卵巣機能不全（FXPOI）、および脆弱X症候群関連神経精神疾患（FXAND）の発症リスクを高める一方、FMR1 遺伝子の完全変異（200個以上のCGGリピート）はFMR1 遺伝子の転写を完全に阻害し、脆弱X症候群（OMIM、300624）を引き起こす。
- MeCP2 遺伝子の場合は、メチルCpG結合タンパク質では、MECP2 の機能喪失変異がレット症候群を引き起こし、MECP2 の重複は神経発達障害であるMECP2 重複症候群を引き起こす。
- 転写抑制因子であるSIN3A のヘテロ接合性の機能喪失変異は、SIN3A のハプロ不全を引き起こし、ウィッテヴィーン・コルク症候群や自閉症スペクトラム障害などの神経発達症候群を引き起こす。
遺伝子量変化に起因する疾患状態の観察結果は、ゲノムを有害な突然変異から保護し、それによって遺伝子発現の病理学的変化を防ぐ上で、調節機構が重要な役割を果たしていることを示している。これらの遺伝子量感受性遺伝子の遺伝子調節プログラムをより深く理解するために、UCSFのYin Shen教授が率いる研究チームは、ヒトiPS細胞の興奮性ニューロンへの分化過程において、APP、FMR1、MECP2、およびSIN3A のエンハンサーについて、CREST-seq*（cis-regulatory element scan by tiling-deletion and sequencing）を用いて、バイアスのないCRISPRタイリング欠失スクリーニングを実施し、対立遺伝子エンハンサー欠失時にSIN3Aの安定した転写出力を維持する、予想外の転写補償機構を明らかにした。
[*] CRISPR-Cas9にsgRNAペアを組合せた多重な大規模領域削除を介したスクリーニング法で、2-Mb領域を対象に2-kbの長さの11,570配列でカバーすることで、ヒトESCsでPOU5F1(OCT4)の高発現に必要なゲノム領域を同定することに成功した：Diao et al., Nat Methods 2017 ; Figure 1参照
[出典]
- "CRISPR tiling deletion screens reveal functional enhancers and allelic compensation effects (ACE) on SIN3A transcription" Ren X [..] Shen Y. Nat Commun. 2026-03-25. https://doi.org/10.1038/s41467-026-70933-y [所属] UCSF (Institute for Human Genetics, Bioinformatics and Systems Biology Graduate Program, Dept Neurology, Weill Institute for Neurosciences), UCSD (Dept Cellular and Molecular Medicine, Center for Epigenomics, Moores Cancer Center, Dept Chemistry and Biochemistry)
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