まずはエピジェネティクスについて、教えてください。

生物が必要なたんぱく質を生成するためにDNAの一部をコピーすることを「転写」といいます。ただし、人間やマウスのDNAは30億塩基対あります。つまりDNAとは、30億文字の設計書のようなものです。

その中身をすべて確認するのではなく、必要な部分のみを適切に選んで転写するためには、どうしたらいいと思いますか？

付箋をつけたり、しおりを挟んでおくことです。

しおりの色によって「今から転写する部分」「転写してはいけない部分」「後で転写する部分」などを区別できるとイメージしてください。このようにDNAの転写を、DNAやタンパク質への化学修飾によって制御する仕組みを、エピジェネティクスと呼びます。

もう一つ、エピジェネティクスの重要な要素となっているのが、クロマチン構造です。

DNAはヒストンというたんぱく質に巻きついており、「DNA＋ヒストン」をヌクレオソーム、ヌクレオソームが螺旋状に積み重なった状態をクロマチンと呼びます。

このクロマチンが凝集（クローズ）していると転写が発生しにくい。逆に、凝集していない（オープン）部分は転写が起こりやすくなります。

ヒストン修飾の分布や、ヌクレオソームの位置を含むクロマチン構造は、環境の変化などに応じて刻々と変化している

DNAやヒストンの化学修飾や、クロマチン構造は、何によって決定されるのでしょうか。

たとえば栄養が豊富な環境にいるときは、栄養過多にならないよう「栄養の吸収を抑制する遺伝子」に「転写を活性化する修飾」が入ります。細胞が受けた刺激の応答として、化学修飾が施されているのです。

現在のエピゲノム情報が「過去の刺激」に応答した結果なら、それは細胞の過去を表していることになります。さらに、クロマチン構造がオープンになっている部分の遺伝子は「現在転写可能」もしくは「今後転写可能」という状態であるため、細胞の未来が予測可能であり、制御できる可能性を秘めています。

そのため私は、エピゲノム情報から個体の老化やストレスなどの経験を読み取り、書き換えることによって、低下した機能の回復や、疾患の予防・治療などに貢献できると考えています。

脳のニューロンを研究対象にした理由は、何でしょうか。

私たちの認知機能や記憶力は成長とともに向上し、老化によって低下します。また、老化した脳は、アルツハイマー病や脳梗塞などの神経系疾患を発症しやすくなります。

短期間で入れ替わる皮膚細胞とは異なり、脳を構成するニューロンのほとんどは生まれてから死ぬまで入れ替わりません。このことから、ニューロンの機能の変化は、加齢によるエピゲノム情報の変化に起因すると考えられます。

しかし、これまで包括的にニューロンのエピゲノム情報を解析した報告はそれほど多くありません。ニューロンには長い突起があり、採取の際に突起部分がちぎれて死んでしまい、うまく回収できないからです。

そこでニューロンの核のみで発現する特異的なたんぱく質を染色し、高効率にソートする手法を用いています。生体マウスの１つの皮質から100個以上のニューロン核が安定的に回収可能となったため、本研究に着手できたのです。

エピゲノム情報は細胞の「過去」「現在」「未来」を記憶・制御するというテーマのもと、研究に取り組んでいる