分子生物学：単一細胞分解能での胚発生のシス調節動態
Nature 555, 7697 doi: 10.1038/nature25981
遺伝子調節ネットワークが、細胞運命の漸進的な制限を制御している仕組みを理解することは長年の難題である。最近、単一細胞での遺伝子発現の測定が進歩し、細胞系譜の拘束についての新しい手掛かりが得られている。しかし、これらの変化の原因となる調節事象は解明されていない。今回我々は、胚形成過程でのクロマチンの調節性の全体像の動態を単一細胞分解能で調べた。sci-ATAC-seq（single-cell combinatorial indexing assay for transposase accessible chromatin with sequencing）法を用いて、3つの重要な胚発生段階において、固定したキイロショウジョウバエ（Drosophila melanogaster）胚の2万以上の単一核でクロマチン接近性のプロファイリングを行った。3つの胚発生段階とは、①産卵後2～4 h（主にステージ5の胚盤葉の核）で、各胚は約6000個の多能性細胞から構成されている、②産卵後6～8 h（主にステージ10～11）で、中胚葉や外胚葉の主要な細胞系譜が指定される際の胚発生の中間点を捉えることを目的とする、③産卵後10～12 h（主にステージ13）で、胚の2万個以上の細胞のそれぞれが最終分化に進んでいる、である。我々の結果から、原腸形成前の調節性ゲノムの接近性には空間的不均一性があり、これは将来の細胞運命と一致する特徴の1つであること、そして核は発生の過程に沿って時間的に指定されている可能性がある。胚形成の中期には、組織の粒状性が現れて、クロマチン接近性から個々の細胞タイプが推定できるようになるが、細胞の起源となった胚葉のシグネチャーは維持される。このデータの解析から、内胚葉と非筋原性中胚葉の細胞の間で調節エレメントの利用が一部共通していることが分かり、他の種の中内胚葉細胞系譜によく似た一般的な発生プログラムがあることが示唆された。我々は組織特異的接近性を示す3万75の遠位調節エレメントを明らかにした。トランスジェニック胚で、これらの予測されたエンハンサーの一部について胚葉特異性を確認すると、精度は90％に達した。総合的に我々の結果は、発生中のクロマチンの全体像の動的な変化を解明したり、後生動物の胚葉や細胞タイプのシス調節プログラムを明らかにしたりする際に、胚のショットガン単一細胞プロファイリングが非常に有用であることを実証している。
