Research Abstract
マウス胚性幹細胞における確率的なプロモーター活性化がNanog発現のばらつきに影響を与える
Stochastic promoter activation affects Nanog expression variability in mouse embryonic stem cells
2014年11月20日 Scientific Reports 4 : 7125 doi: 10.1038/srep07125
マウス胚性幹細胞（mESC）は、自己複製し、三胚葉に属するいずれの細胞系列にも分化できる。mESCの興味深い特徴は、細胞の運命決定の原因となる可能性のある遺伝子発現において、細胞間の不均一性が存在することである。多能性に関与する主要な転写因子のNanogは、mESCでは不均一な発現を示すが、その機構は完全には理解されていない。この発現のばらつきを理解するために、定量的にNanogの転写を解析したところ、Nanogがまれに転写されること、また、パルス状かつ確率的に転写されることが分かった。このような確率的な転写活性化が、「内因性のノイズ」としてNanog発現に観察される不均一性に寄与する可能性がある。Nanog mRNAの発現のばらつきに与える内因性のノイズの影響を、他の（外因性の）ノイズの影響と識別するために、レポーター細胞株において対立遺伝子特異的な単一分子RNA蛍光in situハイブリダイゼーションを行い、内因性のノイズがNanog発現のばらつきの約45%に寄与することを見いだした。その上、各細胞においてNanogのmRNAとタンパク質のレベルはよく相関することが分かった。これらの結果は、確率的なプロモーター活性化がmESCにおけるNanog発現のばらつきに大きな影響を与えることを示唆している。
落合 博1, 菅原 武志1, 佐久間 哲史2 & 山本 卓1,2
- 広島大学 クロマチン動態数理研究拠点
- 広島大学大学院 理学研究科 数理分子生命理学専攻
Mouse embryonic stem cells (mESCs) are self-renewing and capable of differentiating into any of the three germ layers. An interesting feature of mESCs is the presence of cell-to-cell heterogeneity in gene expression that may be responsible for cell fate decisions. Nanog, a key transcription factor for pluripotency, displays heterogeneous expression in mESCs, via mechanisms that are not fully understood. To understand this variability, we quantitatively analyzed Nanog transcription and found that Nanog was both infrequently transcribed, and transcribed in a pulsatile and stochastic manner. It is possible that such stochastic transcriptional activation could contribute to the heterogeneity observed in Nanog expression as “intrinsic noise.” To discriminate the effects of both intrinsic noise from other (extrinsic) noise on the expression variability of Nanog mRNA, we performed allele-specific single-molecule RNA fluorescent in situ hybridization in a reporter cell line and found that intrinsic noise contributed to approximately 45% of the total variability in Nanog expression. Furthermore, we found that Nanog mRNA and protein levels were well correlated in individual cells. These results suggest that stochastic promoter activation significantly affects the Nanog expression variability in mESCs.
