Embryonic stem cells do not have a globally disrupted higher-order chromatin fibre structure
胚性幹細胞の多能性は、全域的に「開いた」クロマチン構造に依存しているという有力な仮説に反して、本研究は、胚性幹細胞における高次クロマチン繊維構造は分化細胞におけるものと概ね類似しており、根本的な開いた状態というよりは、わずかに崩れた形態を示していることを実証している。
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あらゆる生細胞の中には、DNAと呼ばれる化学コードで書かれた、膨大な指示書のライブラリが存在しています。この膨大な長さの遺伝物質を微小な核の空間に収めるために、DNAはそのままの状態では置かれていません。それはタンパク質の糸巻きにきつく巻き付けられ、「紐に連なったビーズ」としばしば例えられる複雑な構造を形成しています。このパッケージングはクロマチンとして知られています。科学者たちは長年、このクロマチンの配置の仕方が、細胞の振る舞いを制御するマスター・スイッチとして機能していると考えてきました。特に、体内のあらゆる組織へと変化できる多才な細胞である胚性幹細胞（ES細胞）は、そのDNAを永久に「開いた」緩やかな状態で保持しているという強力な説がありました。このような緩和された構造が、遺伝的な指示を自由かつ迅速に読み取ることを可能にし、異なる細胞タイプへと変身する能力を維持するために必要な高い活動レベルを支えている、という考えです。
ある研究チームは、マウスの胚性幹細胞におけるクロマチンの物理的構造を直接観察することで、この長年の定説を検証しようと試みました。彼らは、これら柔軟な幹細胞を、そのより分化した子孫細胞や、固定され変化することのない役割を持つ成熟した皮膚細胞と比較しました。科学者たちはまず、各細胞タイプにおけるクロマチンの基本的な構成要素を調べ、タンパク質とDNAの比率や、タンパク質糸巻き間の間隔を測定しました。その結果、細胞が多才な幹細胞であろうと固定された皮膚細胞であろうと、これらの基本的な構成要素はほぼ同一であることが分かりました。さらに深く掘り下げるため、彼らは精製されたクロマチン繊維に対して一連の物理的テストを行い、それらがどのように動き、酵素に対してどのように反応し、タンパク質がどの程度の速さで入れ替わるかを観察しました。驚くべきことに、これらの生物物理学的な測定値は、幹細胞と分化した細胞の間で、クロマチン繊維の形状やコンフォメーション（立体構造）に有意な差がないことを示しました。
細胞内に存在する状態でのクロマチンの姿をより明確に捉えるため、研究者たちは、架橋されたクロマチンが重力下でどのように沈降するかを分析する、SPOCCと呼ばれる新しい手法を開発しました。この技術により、自然な環境下における繊維のバルク構造を観察することが可能になりました。結果は衝撃的なものでした。幹細胞と分化した細胞は、非常に類似した高次構造を共有していたのです。幹細胞は皮膚細胞と比較して、わずかに乱れた配置を示してはいたものの、その差は軽微なものでした。本研究は、胚性幹細胞が持つ驚異的な柔軟性と活動性の能力は、根本的に「開いた」あるいは「緩い」クロマチン構造によって駆動されているのではない、と結論付けています。むしろ、これらの多才な細胞における遺伝物質の物理的アーキテクチャは、これまで考えられていたよりも、専門化された成熟細胞のそれとは遥かに似通っているのです。
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