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エピジェネティクスモデル種の開発 - 胚盤胞から成熟成体まで、Enchytraeus crypticus (Oligochaete)のライフサイクルのメチル化プロファイル
Developing an epigenetics model species - From blastula to mature adult, life cycle methylation profile of Enchytraeus crypticus (Oligochaete).
PMID: 32428769 DOI: 10.1016/j.scitotenv.2020.139079.
抄録
DNA のメチル化は、発生生物学において特に重要なエピジェネティックなメカニズムであるが、メチル化は生物のライフサイクルに沿って変化する。最近の研究では、多くの生態系で最も一般的で重要な土壌無脊椎動物の一種であるEnchytraeus crypticusの銅（Cu）曝露がエピジェネティックな変化を誘発することが明らかになってきた。しかし、この種のライフサイクルの中でDNAメチル化レベルがどのように変化するかについての情報はない。本研究では、E. crypticusのライフサイクルに沿ったグローバルなDNAメチル化プロファイルを調査し、メチル化に関与する標的遺伝子の発現と比較した。その結果、3日目（胚初期、胚盤胞期）に最も低いDNAメチル化レベルを示した後、7日目（器官形成期）までに増加し、11日目、18日目、25日目に維持されることがわかった。DNA メチルトランスフェラーゼ関連タンパク質1(DMPA1)とメチル結合ドメイン2(MBD2)の遺伝子発現は、胚発生期(3～7日目)に最も高く、その後減少し(11、18日目)、最終的に成体(25日目)では制御されていなかった。このことから、E. crypticus の DNA メチル化は繭から成体までの異なるライフステージで変化していることが明らかになった。このような情報は、このエンドポイントとツールを生態毒性学の文脈で使用するための重要な知識である。このことは、遺伝子発現レベルが特定のストレス因子に対して年齢に特異的であることをほぼ暗示していることを意味している。治療の間は常に同じ年齢の個体を比較し、ライフステージ間で結果を外挿する際には注意することが推奨されるのは論理的に考えられます。これらの影響をより深く理解できれば、どのライフステージが特定のストレス因子に対してより敏感であるかを予測できるようになるかもしれない。世代を超えた影響を含む多世代暴露におけるストレス因子のエピジェネティクスをカバーすることを目的とした実験デザインは、サンプリング分析目的のために生物の年齢が同期していることを保証しなければなりません。
DNA methylation is an epigenetic mechanism of particular importance in developmental biology, but methylation also varies along organisms' life cycle. Recent studies have deliberated copper (Cu) exposure induced epigenetic changes in Enchytraeus crypticus, a standard species belonging to one of the most common and important genera of soil invertebrates in many ecosystems. There is however no information on how DNA methylation levels change within the life cycle of this species. We here investigate the global DNA methylation profile along the life cycle of E. crypticus and compare this to the expression of target genes involved in methylation. Results showed that after the lowest DNA methylation level at day 3 (early embryonic stage, blastula) there was an increase by day 7 (organogenesis) after which levels were maintained at days 11, 18 and 25. DNA methyltransferase associated protein 1 (DMPA1) and Methyl Binding Domain 2 (MBD2) gene expression was highest during embryo stages (3 to 7 days), then decreasing (11, 18 days) and finally unregulated in adults (25 days). Hence, we here show that DNA methylation in E. crypticus changes among the different life stages, from cocoons to adults. Such information is a key knowledge to use this endpoint and tool in an ecotoxicology context. This means that it is almost implicit that gene expression levels are age specific for a given stressor. It seems logic to recommend to always compare individuals with the same age between treatments, and to be careful when extrapolating results among life stages. Once, we understand more of these effects we may even be able to predict which life stage is more sensitive to specific stressors. An experimental design that aims to cover epigenetics of stressors in a multigenerational exposure, including transgenerational effects, should ensure the synchronous age of organisms for sampling analysis purposes.
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