ミトコンドリアは、細胞核によって厳密に制御されている独自のゲノム、ミトコンドリアDNA（mtDNA）を有している。mtDNAは細胞あたり多数のコピーで存在し、変異はしばしばその一部にのみ影響を及ぼし、ヘテロプラスミー [*]に至る。mtDNAのコピー数とヘテロプラスミーのレベルは、mtDNA変異の組織特異的な影響を決定づけ、最終的には希少なミトコンドリア疾患と一般的な神経変性疾患の両方を引き起こす。
[*] "ヘテロプラズミーかな？と思ったときに読んで欲しい話" 北海道大学細胞工学研究室 2023-08-29.
ケンブリッジ大学のPatrick F. Chinnery教授とJelle van den Ameele博士が率いる研究チームは今回、CROP-seq [CRISPR関連文献メモ_2016/12/19 - 第４項] CRISPRスクリーニング、ATAC-seq、および10xGenomicsマルチオームプロトコルとmtDNAおよび関心のある遺伝子を標的とするガイドRNA (gRNA) の濃縮を基盤として、核遺伝子の摂動がマウス線維芽細胞 (MEF) におけるmtDNAヘテロプラスミーとコピー数に及ぼす影響を単一細胞レベルで解析することが可能とする
ワークフロー"MitoPerturb-Seq"を確立・実施した。具体的には、MitoPerturb-SeqをmtDNA変異mt-Ta を有するヘテロプラスミーMEFに適用し、mtDNAに影響を与える核遺伝子修飾因子群をスクリーニングした。[Fig. 1の一部引用右図 a 参照]
ワークフロー"MitoPerturb-Seq"を確立・実施した。具体的には、MitoPerturb-SeqをmtDNA変異mt-Ta を有するヘテロプラスミーMEFに適用し、mtDNAに影響を与える核遺伝子修飾因子群をスクリーニングした。[Fig. 1の一部引用右図 a 参照] その結果、Tfam、Opa1、およびPolg のノックアウトによって、mtDNAが枯渇し、ヘテロプラスミーの変動が増大することが確認された。加えて、RNA-seqのデータからmtDNA枯渇に対する転写応答を、単一細胞レベルで解析することが可能になり、転写応答が、Tfam やPolg を標的とするガイドRNAよりもOpa1を標的とするガイドRNAに対してはるかに強いことが見出された。
DamID-seq（DNA Adenine Methyltransferase Identification coupled with sequencing） [Wu, Olson & Yao, J Vis Exp. 2016] を用いたクロマチンプロファイリングからは、発現に差がある遺伝子の中で、典型的なストレス応答転写因子ATF4が直接結合しているのはその約３分の１に過ぎずないことが明らかになった。さらに、mtDNA の枯渇が、G1-S チェックポイントだけでなく、すべての細胞周期の段階で細胞周期の遅延を引き起こしすことも明らかになった。
DamID-seq（DNA Adenine Methyltransferase Identification coupled with sequencing） [Wu, Olson & Yao, J Vis Exp. 2016] を用いたクロマチンプロファイリングからは、発現に差がある遺伝子の中で、典型的なストレス応答転写因子ATF4が直接結合しているのはその約３分の１に過ぎずないことが明らかになった。さらに、mtDNA の枯渇が、G1-S チェックポイントだけでなく、すべての細胞周期の段階で細胞周期の遅延を引き起こしすことも明らかになった。
こうして、MitoPerturb-Seqを利用することで、疾患に関連するミトコンドリアと核の相互作用に関する知見が得られ、MitoPerturb-Seqが、細胞種および組織特異的なミトコンドリア機能不全に対する脆弱性を標的とした治療法の開発に役立つ可能性が示された。
[出典]
- "MitoPerturb-Seq identifies gene-specific single-cell responses to mitochondrial DNA depletion and heteroplasmy" Burr SP, Auckland K [..] Chinnery PF, van den Ameele J. Nat Struct Mol Biol. 2026-04-01. https://doi.org/10.1038/s41594-026-01779-7 [所属] University of Cambridge (MRC Mitochondrial Biology Unit, Dept Clinical Neurosciences, MRC Laboratory of Molecular Biology, Dept Clinical Neurosciences)(英国), Altos Labs Cambridge Institute
コメント