細胞運命を導くエピゲノム制御の順序性を解明

～エピゲノムの一細胞計測と統合解析により、遺伝子を制御する仕組みを可視化～ 生体防御医学研究所・医学研究院 大川 恭行 教授 / 藤井 健 助教・原田 哲仁 教授

2025.12.17 研究成果Life & HealthTechnology

発表のポイント

細胞を特定の状態に導くための遺伝子発現制御には時間的な順序性がありますが、その仕組みは未解明でした。
本研究では、一つの細胞から複数のエピゲノム情報を同時取得できる「sci-mtChIL-seq」を開発し、転写因子やヒストン修飾が働く順番を可視化しました。
本成果は、細胞分化や疾患進行における遺伝子発現制御の順序性を明らかにすることが可能であり、再生医療や疾患研究への応用が期待されます。

発表概要

遺伝子の働きは、DNA上でさまざまな調節因子が協調して作用することで制御されています。しかし、これらの因子がDNA上のどこに、どの順序で集まり、遺伝子の活性化状態を切り替えているのかは明らかになっていません。細胞が変化することで生じる発達や疾患の進行過程を理解するために、こうした経時的な遺伝子発現の制御の仕組みを可視化する技術が求められていました。
九州大学 生体防御医学研究所 大川恭行 教授、藤井健 助教、同大学院医学研究院 原田哲仁 教授らの研究グループは、一細胞レベルで複数の遺伝子発現制御因子（エピゲノム因子）を同時に計測する新しい手法「sci-mtChIL-seq」を開発し、これらのエピゲノム因子がどこで、どの順序で協調して働くのかを再構築・可視化することに成功しました。
本手法により、遺伝子発現の鍵となる酵素RNAポリメラーゼIIと任意のエピゲノム因子のゲノム結合状態を同時に計測し、それらをRNAポリメラーゼIIの情報に基づいて統合解析することで、遺伝子発現制御における「順序性」を初めて明確に示しました。
この成果は、細胞がどのような状態に至り、どのような機能を獲得するのか、という「細胞運命の決定」の理解を大きく進めるものであり、今後は発生・再生医療や疾患研究における治療介入の時期や標的の特定など、幅広い応用が期待されます。
本研究成果は、英国科学誌「Nature Communications」に2025年12月17日（水）午後7時（日本時間）に掲載されました。



図：sci-mtChIL-seqを用いた遺伝子制御機構の解析方法

論文情報

掲載誌：Nature Communications
タイトル：Reconstructing epigenomic dynamics through a single-cell multi-epigenome data integration framework
著者名：Takeru Fujii, Kosuke Tomimatsu, Michiko Kato, Miho Ito, Shoko Sato, Hitoshi Kurumizaka, Yuko Sato, Kazumitsu Maehara, Hiroshi Kimura, Akihito Harada, Yasuyuki Ohkawa
DOI：10.1038/s41467-025-67016-9
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