【研究領域課題番号】21H02074 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

触媒 / エピゲノム / ヒストン / アシル化 / クロマチン

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2021-04-01 - 2025-03-31

【配分額】17,030千円 (直接経費: 13,100千円、間接経費: 3,930千円)

【研究領域課題番号】20H02591 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

マイクロ流体デバイス / エピゲノム / クロマチン / 染色体 / 1細胞解析 / エピジェネティクス

【研究成果の概要】

溶液の塩濃度を生理的塩濃度よりも少し高くすると、静電相互作用が弱められた結果、染色体を構成しているタンパクの一部が解離をはじめ、染色体が穏やかに解きほぐれてくることが知られている。本研究課題においては、この染色体が穏やかに解きほぐれた際に観察される、クロマチンファイバーに沿った凝縮/脱凝縮部分の分布及びその動態とヒストンタンパクの化学修飾の分布との相関を1細胞・1分子レベルで解析する手法を新奇マイクロ流体デバイス開発を通じて実現する事を目指している。
本年度は、昨年度に引き続き、解きほぐした染色体に張力が均一な直線状の形態を取らせるための、微小構造を持つマイクロ流体デバイスの開発・改良に取り組んだ。クロマチンファイバー（解きほぐした染色体）の両端を抗体修飾マイクロビーズを介して微小構造へ固定した後、溶液条件の変更などによりクロマチンファイバーが更に解きほぐされ、撓んだ形態となったときに、改めてクロマチンファイバーを直線状形態にすることができるよう、マイクロ流路中に微小構造を複数個配置し、それらの微小構造への固定を可逆的にできるようにした。ここで、クロマチンファイバー及びクロマチンファイバーを捕捉しているマイクロビーズが微小構造へ吸着してしまうという問題が生じたため、マイクロ流路内を中性高分子でコーティングする方法を開発した。これにより、クロマチンファイバー及びクロマチンファイバーを捕捉しているマイクロビーズが微小構造へ吸着する現象を抑えることができた。
また、染色体をマイクロ流路内で操作するために用いている光ピンセットシステムを改良し、クロマチンファイバーにかかっている力を計測できるようにした。これにより、クロマチンファイバーの伸びと張力との関係を調べることを達成した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2020-04-01 - 2023-03-31

【配分額】18,070千円 (直接経費: 13,900千円、間接経費: 4,170千円)

【研究領域課題番号】18H02369 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

精子クロマチン / 経世代効果 / 切断型ヒストン / 精子形成 / XY body / 精子 / クロマチン / 精子残存ヒストン / エピゲノム / 精子特異的ヒストン切断 / 精子ヒストン

【研究成果の概要】

精子形成過程で出現する切断型ヒストンH3について、その動態と切断に関与する酵素の探索を行った。その結果、H3のN末端側テイル Ala21-Thr22で切断されたH3（csH3）が、精母細胞において一過性にXY bodyに集積することを見出した。次に精巣組織培養系にプロテアーゼ阻害剤を加える実験を行い、Ala21-Thr22切断の責任酵素としてカテプシンLを同定した。このカテプシンLは精母細胞に隣接するセルトリ細胞で発現し、細胞外分泌よって精母細胞に作用するこが示唆された。さらに精母細胞をATR阻害剤で処理したところcsH3のXY body集積が減少したことから、この現象は精母細胞におけるDNA損傷応答経路の下流に位置すると考えられた。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2018-04-01 - 2023-03-31

【配分額】15,860千円 (直接経費: 12,200千円、間接経費: 3,660千円)

【研究分野】ゲノム生物学

【研究領域課題番号】17K15040 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

心筋 / クロマチン / シングルセル / クロマチン構造 / 心筋細胞 / エピゲノム / 再生医学

【研究成果の概要】

本研究では、ヒト多能性幹細胞から心筋細胞への分化各段階におけるクロマチン構造解析（オープンクロマチン領域の同定）及びシングルセル発現解析を行い、心筋分化を促進させる新規転写因子を同定し、また、新規転写因子が心筋細胞のクロマチン構造をどう変化させうるのかを、少数細胞を用いたChIP-seq解析およびシングルセル発現解析を用いることによって明らかにすることを目的とした。申請者は、改良版ATAC-seqを用いて、ヒト多能性幹細胞から心筋細胞への分化各段階における、オープンクロマチン領域を同定した。各サンプル間の比較、差分を行い、各時期に特異的なオープンクロマチン領域を同定することができた。

【研究の社会的意義】

クロマチン構造は染色体上の様々な位置で開閉することにより転写因子と協調し、遺伝子発現を調節し、発生・分化段階における細胞の状態を制御しているが、ヒト心筋分化過程において各々のクロマチン構造がどのような順番で変化していくかは知られていなかった。申請者は、改良版ATAC-seqを用いて、ヒト多能性幹細胞から心筋細胞への分
化各段階における、オープンクロマチン領域を1塩基レベルで同定したことにより、オープンクロマチン領域の経時的変化が明らかとなった。分化特異的オープンクロマチン解析では新規転写因子の同定に成功した。今後これら転写因子の心筋分化における役割の解明を目指す。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2017-04-01 - 2019-03-31

【配分額】4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)

【研究分野】分子生物学

【研究領域課題番号】17K15059 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

エピジェネティクス / クロマチン / DNAメチル化 / 植物 / 抑制修飾 / エピゲノム / 遺伝 / 分子生物学 / ヘテロクロマチン / ヒストン修飾 / ヒストンバリアント / トランスポゾン / 遺伝子

【研究成果の概要】

真核生物は、ゲノムにコードされる遺伝子とトランスポゾンとの違いを正確に識別し、異なるクロマチン修飾を付加して転写制御する。この識別は個体発生やゲノム維持に不可欠であるが、この識別が何に起因するのか、その識別メカニズムは不明であった。この問いに答えるため、分子遺伝学とエピゲノミクスを駆使して、シロイヌナズナの抑制エピゲノム情報の喪失と再構築の過程を観察した。その結果、トランスポゾンにおける抑制修飾の回復は、転写開始点近傍のCGメチル化やヒストンバリアントH2A.Wの局在と相関していたことから、これら因子の抑制修飾標的識別機構への関与が示唆された。これら成果をNature Plantsに発表した。

【研究の社会的意義】

環境応答や発生、分化など植物における様々な生物学的イベントには、エピジェネティクスが深く関与する。本研究は、近年注目されているエピジェネティクス分野の中でも、エピゲノムの構築過程に焦点を当て、植物が抑制遺伝子を識別し、制御する仕組みの一端を明らかにすることに成功した。本研究で得られた成果は、植物におけるエピジェネティクス研究分野に限定されず、発生や分化、ストレス応答など植物の多様なイベントにおける分子理解につながり、基礎科学的理解だけでなく農学や医学にも発展しうる重大な効果を持つと考える。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2017-04-01 - 2021-03-31

【配分額】4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)

【研究分野】発生生物学

【研究領域課題番号】16K20975 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

クロマチン / 脊椎動物 / リプログラミング / 転写因子 / クロマチン３次元構造 / リプログラミンング / オープンクロマチン / 受精卵 / クロマチン構造 / 初期発生 / エピゲノム

【研究成果の概要】

メダカ初期胚において、転写因子結合部位の動態を記載することができた。特に、受精後の胚性遺伝子活性化が起こる時期にオープンクロマチン領域が出現することを示した。この過程において、受精後、オープンクロマチンが生じるのとほぼ同時にクロマチンの3次元構造の一つであるコンパートメントと呼ばれる転写の活性状態と抑制状態を反映するMbスケールの構造が形成されることが明らかになった。ATAC-seqにより得られたオープンクロマチン領域とクロマチン３次元構造データを比較解析した結果、これらオープンクロマチンがクロマチンのコンパートメント構造と密接に関連していることを明らかにした。

【研究の社会的意義】

脊椎動物の発生の初期段階において、受精卵はリプログラミングを受け、分化多能性を持つ細胞集団（胞胚期）を作る。この過程において、親から受け継いだクロマチンのエピジェネティック修飾パターンは、多能性細胞の転写状態を制御するためのパターンに戻される。DNAメチル化やヒストン修飾については受精直後の動態が明らかにされつつあるが、それを制御すると考えられる転写因子のクロマチンへの結合動態については、初期胚の細胞数の少なさなどの問題から解析されていなかった。本研究によって得られた結果は、リプログラミング過程のクロマチン動態を記載したもので、分化多能性の制御機構の理解につながる。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2016-04-01 - 2019-03-31

【配分額】4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)

【研究分野】消化器内科学

【研究領域課題番号】16K09390 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

膵癌 / 膵がん / エピジェネテイクス / エピゲノム / クロマチン / ヒストン

【研究成果の概要】

本研究では膵発癌機序におけるエピジェネテイクス機構の重要性を明らかにすることを目的とした。具体的には遺伝子改変膵癌自然発症マウスとヒストンメチル化酵素のKOマウスとを交配し、ヒストンメチル化酵素Ehmt欠損マウスでは膵癌前駆病変の進行が遅延することを明らかにした。さらにまたEhmtの下流で膵前癌病変進行に重要な役割を持つ分子を解析した。これらのデータはEhmtがマウス膵においてKras遺伝子変異存在下での腫瘍発生に重要な役割を果たしていることを示唆するものであった。

【研究の社会的意義】

膵癌においては代表的な４つの遺伝子変異がよく知られているが、それらの存在のみが膵前癌病変の進行に必要十分であるとはいえない。エピジェネテイクス修飾は遺伝子発現を調節する機構であり、癌における重要性も明らかになりつつあることから、それらを標的として制御する薬剤も開発されつつある。本研究において膵癌の発生進行に関わるエピジェネテイクス修飾機構が明らかにされ、その意義が解明されることによる臨床的有用性は高いと考えられる。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2016-04-01 - 2019-03-31

【配分額】4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)

【研究分野】遺伝・染色体動態

【研究領域課題番号】26221105 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

エピゲノム / DNAメチル化 / ヒストン修飾 / トランスポゾン / エピジェネティック / エピジェネティクス / シロイヌナズナ / クロマチン

【研究成果の概要】

シロイヌナズナの遺伝子における抗抑制に働くヒストン脱メチル化酵素遺伝子IBM1の変異体と、ibm変異による発生異常をサプレスする変異であるldl2 のエピゲノム解析により、エピゲノム分化における遺伝子内H3K4me1の重要性を示した。また、低メチル化変異体の遺伝解析から、ゲノム全体での抑制クロマチンを制御する負のフィードバック機構の存在を示した(Ito et al 2015)。さらに、配列特異的にDNAメチル化喪失を引き起こすタンパク質であるVANCの標的配列がタンデムリピートを形成することで同調して速く進化することを示した。

【研究の社会的意義】

遺伝子のON/OFF状態が細胞分裂後にまで継承される「エピジェネティック」な遺伝子制御は個体発生やゲノム進化の理解に重要なだけでなく、農学や医学にも重要である。本研究では、遺伝子ON/OFF状態の決定にヒストンタンパク質修飾の相互作用が重要であることを示し、また、エピジェネティックな抑制を除くタンパク質とその標的配列を同定した。得られた知見は、エピジェネティックな機構の理解とともに、それを制御する技術にもつながりうるものと期待できる。

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2014-05-30 - 2019-03-31

【配分額】191,880千円 (直接経費: 147,600千円、間接経費: 44,280千円)

【研究分野】ゲノム生物学

【研究領域課題番号】25221003 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

生殖細胞 / エピジェネティクス / クロマチン / トランスポゾン / Piwi / piRNA / エピゲノム / RNAサイレンシング

【研究成果の概要】

哺乳類生殖エピゲノム形成機構の解析を行い、マウスゴノサイト期にメガベースサイズのクロマチン領域がダイナミックに変動することを見出しDAD (Differentially accessible domain) と名付けた。DADの形成に伴いその領域内のヒストンの修飾とDNAのメチル化が変化すること、さらに、DAD領域に存在する転移因子の転写が活性化されることを見出した。一方、ハムスターのPIWI遺伝子欠失個体（KOハムスター）の作製に成功した。PIWIL1 KO個体は雄雌共に不稔であった。これは、哺乳類におけるPIWI変異による雌不稔の初めての例であり、学術的な意義は大きい。

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2013-05-31 - 2018-03-31

【配分額】218,140千円 (直接経費: 167,800千円、間接経費: 50,340千円)

【研究分野】分子生物学

【研究領域課題番号】25291002 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

エピゲノム / クロマチン構造 / ヒストン脱メチル化酵素 / JMJD1A / 熱産生 / 褐色脂肪 / クロマチン再構成 / エピジェネティクス / 糖脂質代謝 / クロマチン / Pparg / アドレナリン受容体 / 寒冷 / ホスファターゼ / 褐色脂肪細胞 / UCP1 / 核内受容体 / ＪＭＪＤ１Ａ

【研究成果の概要】

肥満や糖尿病の成因を理解する上で、代謝関連遺伝子の転写制御機構を解明することは重要である。我々は、ヒストン脱メチル化酵素JMJD1Aの欠損マウスが肥満やインスリン抵抗性、熱産生異常を示すという発見に基づき、JMJD1Aによる熱産生制御機構を研究した。その結果、短期の寒冷によるアドレナリン刺激をうけるとJMJD1Aの265番目のセリンがリン酸化されることを見出した。さらに、リン酸化されたJMJD1Aがヌクレオソーム再構成複合体SWI/SNFと核内受容体PPARγとともに複合体を形成し、熱産生関連遺伝子の遠位エンハンサーとプロモーターの近接化を誘導して標的遺伝子の発現を促進する機構を解明した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2013-04-01 - 2018-03-31

【配分額】17,680千円 (直接経費: 13,600千円、間接経費: 4,080千円)

【研究分野】ゲノム医科学

【研究領域課題番号】24221011 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ゲノム / エピゲノム / クロマチン / クローン進化 / 微小環境 / 不均一性 / 可塑性 / ドライバー変異 / ノンコーディングRNA / 腫瘍内多様性 / がん / 発現制御 / 進化 / 幹細胞 / エクソーム

【研究成果の概要】

治療抵抗性腫瘍細胞のサバイバルおよびクローン進化、さらに腫瘍微小環境に対する適応について解明すべく、腫瘍細胞集団内のゲノム不均一性とエピゲノムの可塑性についてヒト腫瘍検体および腫瘍細胞の解析を行った。
グリオーマ再発に際してアルキル化剤治療によりミスマッチ修復異常を来したクローンは高頻度にC>T変異を生じ、悪性転化を引き起こす。また、腫瘍内微小環境において形成される低pH状態下では転写因子SREBP2が活性化され、酢酸代謝に関わるACSS2などの遺伝子発現誘導、腫瘍細胞増殖をもたらした。
エピゲノム変異は腫瘍の発生・進展の過程でクロマチンドメイン、遺伝子、制御領域など様々なレベルで生じる。

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2012-05-31 - 2017-03-31

【配分額】217,750千円 (直接経費: 167,500千円、間接経費: 50,250千円)

【研究分野】基礎ゲノム科学

【研究領域課題番号】21241046 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ノンコーディングRNA / クロマチン / ヒストン修飾 / 転写制御 / ゲノム発現 / 翻訳制御 / エピゲノム / 転写 / ストレス応答 / グルコース代謝 / エビゲノム / ヒストン

【研究成果の概要】

分裂酵母fbp1遺伝子の上流域から合成され、クロマチン弛緩を通じてfbp1遺伝子の大規模な活性化に関わるlncRNA(mlonRNA)について以下の成果を得た。１）mlonRNAを介したクロマチン修飾・再編成に関わる因子を特定。２）mlonRNA転写に必要な転写因子Atf1のクロマチン結合がmlonRNA転写により促進される正のフィードバック制御の発見。３）mlonRNAの細胞質ポリソームへの結合とuORFによる翻訳抑制の発見。４）RNA SeqによるmlonRNA候補42個の同定。５）相反的に転写されるアンチセンスlncRNAの発見。６）マウス細胞でのmlonRNA様lncRNAの確認。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2009-04-01 - 2014-03-31

【配分額】45,630千円 (直接経費: 35,100千円、間接経費: 10,530千円)

【研究分野】応用ゲノム科学

【研究領域課題番号】20221009 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ゲノム / エピゲノム / がん / 転写制御 / クロマチン / DNAメチル化 / 肝細胞癌 / 膵臓がん / 胃癌 / 機能ゲノミクス / クロマチン免疫沈降 / エビゲノム

【研究成果の概要】

網羅的なゲノム・エピゲノム解析技術を確立するともに、癌細胞における転写制御の異常に関する統合的解析を行った。増殖、分化に関わる転写因子の標的分子の同定に加えて、ヒストン修飾、DNAメチル化、クロマチンアクセスなどエピゲノム修飾が分化や細胞老化プロセス,ウイルス感染においてダイナミックに変動することが明らかとなった。一方、肝細胞癌、膵癌をはじめとするがん細胞ゲノムに生じた体細胞変異を同定した。

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2008 - 2012

【配分額】209,820千円 (直接経費: 161,400千円、間接経費: 48,420千円)

【研究分野】遺伝・ゲノム動態

【研究領域課題番号】19570008 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

クロマチン / ヒストン修飾 / 後生遺伝学 / ストレス応答 / ノンコーディングRNA / エピゲノム / ヒストン / 組換え / 転写 / 減数分裂 / 転写制御 / 染色体 / non-coding RNA / エピジェネティクス

【研究成果の概要】

分裂酵母M26/CRE 配列の周辺におけるヒストン修飾やクロマチン再編成に関わる因子を数種同定し、それらの欠失変異株について、種々のストレスに対する感受性やヒストン修飾における役割を解明した。さらに、グルコース飢餓時に転写が活性化する分裂酵母fbp1+遺伝子座におけるクロマチン再編成に、mRNA 型の長鎖ノンコーディングRNA のカスケード転写が関わることを見出し、ノンコーディングRNA を介した新しい転写活性化モデルを提出した。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2007 - 2008

【配分額】4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)