健康生命科学研究所/応用バイオ科学科　教授　飯田 泰広

エピジェネティクスとは、遺伝子の配列の変化を伴わずにその発現が変化する現象やその学問を示す言葉です。私達はエピジェネティクスに関連したDNAメチル化解析法の開発に取り組んでいます。

遺伝子とはタンパク質になるDNA配列のことですが、配列があるだけでは機能せず、適したタイミングで遺伝子のスイッチを入れてタンパク質を作ることが必要です。新しく細胞が生まれてくるときは、自分がどの遺伝子を発現するのかが決められているため、その細胞で使う遺伝子以外は発現しないように制御されており、このようなスイッチをコントロールする仕組みの1つに、DNAのメチル化があります。

DNAはアデニン（A）、チミン（T）、シトシン（C）、グアニン（G）の4つからなっていますが、遺伝子のスイッチをオフにするのには、DNAの配列を変化させる必要はなく、シトシン-グアニンと並んだシトシンにマークを入れる（メチル基を入れる）ことで可能となります（図1）。

そのため、分化した細胞のDNA上のマークを全て外せば、受精卵やiPS細胞のような未分化の細胞になるし、目的の細胞と同じようなマークをすることができれば、目的細胞に分化させることが可能になると考えられています。

近年、細胞の発生や分化といった再生医療の分野以外にも、がんやアレルギー、精神疾患など多くの疾患にこのDNA上のマークミス（メチル化異常）が関与することがわかってきました。そのため、細胞ごとのメチル化パターンを把握できれば、分化やメチル化異常への創薬などにも応用できます。

しかし、ヒトの遺伝子発現に関わる部位（CpGアイランド）は約4万か所もあり、しかも細胞の種類ごとにすべて異なっています（図2）。

現在、このようなメチル基の位置を網羅的かつ正確に評価する方法がありません。細胞ごとにパターンの違うメチル化を正確に把握できれば、疾患の原因や治療に役立てられる可能性があります。

私たちは、細胞ごとのメチル化パターンを効率よくコピーして解析するために、メチル化酵素の耐熱化と正確なコピーの観点から研究を進めています。

これまで、シトシンをメチル化できる耐熱性のメチル化酵素は知られていませんでしたが、超好熱性古細菌から初めてシトシンメチル化酵素を見出し（Hayashi M. et al. Microbiol. Spectr. 9:e00186-21 (2021)）ました。

当該酵素は90℃で10時間加熱しても活性を有しており、シトシンメチル化酵素として最も耐熱性に優れていることが示されています。

一方、DNAの正確なコピーに関しては、ヒトのメチル化酵素であるDnmtIのサブクローニングを行い、全1616アミノ酸のうち646番目から1616番目のドメインを有する変異体にすることで正確にメチル化パターンをコピーできることが示唆されました（図3）。

メチル化パターンと疾患の関係がわかり、メチル化パターンの改変ができれば新しい薬剤開発につながると考えています。