【研究分野】生命・健康・医療情報学

【研究領域課題番号】17K00397 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

細胞種特異的エンハンサー / Hi-Cデータ解析 / A/Bコンパートメント / グラフ畳み込みネットワーク / B細胞リンパ腫 / scRNA-seq / エンハンサーデータベース / ゲノム塩基配列によるエンハンサー予測 / Hi-Cデータ比較 / 細胞種特異的クロマチン構造と遺伝子発現 / TAD構造 / 特異的遺伝子発現 / ゲノム / 発現制御 / クロマチン構造 / 発生・分化

【研究成果の概要】

本研究では真核生物の組織特異的発現に重要と考えられているエンハンサーについて、その特異性制御機構と標的遺伝子群を、主にゲノム配列情報から理解することを目指した。異なる細胞種に対する Hi-Cデータを再解析・相互比較することで、細胞の種類によって TADやA/B コンパートメント等が変化した領域の遺伝子発現の特異性を調べた。その結果、B細胞とそのリンパ腫などの間に、興味深い機能的相関を観察した。

【研究の社会的意義】

塩基配列決定技術の進歩により、個人間のゲノムの差(多型)やがん組織中の個々の細胞内ゲノム変異分布等の情報が次々に産出されており、いわゆるパーソナルゲノム医療への応用が期待されている。しかし、転写制御領域に関する我々の理解が不十分なため、 これらを含む非コード領域中の多型や変異の及ぼす影響を見積もることは難しい。本研究は染色体構造の細胞による変化などをもとに転写制御の仕組みを研究し、いくつかの新しい報告を行った。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2017-04-01 - 2020-03-31

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

【研究分野】消化器内科学

【研究領域課題番号】17H05081 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

胃上皮幹細胞 / 萎縮性胃炎 / 粘膜再生 / 腸上皮化生 / 分化 / 胃癌 / アセチルコリン / 遺伝子発現解析 / 内科 / 細胞・組織 / ゲノム / マイクロアレイ / 発生・分化

【研究成果の概要】

胃の幹細胞と前駆細胞および各種成熟細胞の遺伝子発現解析によりそれぞれの選択的なマーカーを新規に同定し、またそれぞれを標識可能なマウスを作成した。幹細胞その他の細胞群が発癌の超初期の段階において、どのような病理学的・分子学的変化を生じるのかについて、マウスモデルによる詳細な時系列解析と遺伝子発現解析によりその機序を明らかにした。幹細胞の増殖や粘膜再生がTuft細胞を介したアセチルコリン-ERK経路によって制御されていることを明らかにし、さらに胃炎・胃癌の発生前段階で生じる壁細胞の消失を改善させる化合物を同定した。

【研究の社会的意義】

新規の胃上皮幹細胞マーカーの同定とその制御機構を解明したことにより、胃発癌や粘膜再生のメカニズムを明らかにすることに貢献した。
胃癌や腸上皮化生は成熟細胞ではなく幹細胞・前駆細胞から発生することが明らかになり、より選択的な治療標的の同定や、発癌予測のバイオマーカーの樹立に役立つ可能性がある。
Tuft細胞や壁細胞の分化制御機構やその粘膜再生における機能を明らかにしたことで、今後の胃癌に対する予防や治療の開発に結びつく可能性がある。

【研究種目】若手研究(A)

【研究期間】2017-04-01 - 2020-03-31

【配分額】25,480千円 (直接経費: 19,600千円、間接経費: 5,880千円)

【研究分野】園芸科学

【研究領域課題番号】16K14843 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

食用アスパラガス / 性決定 / 遺伝子 / DNAマーカー / 植物ホルモン / 生殖 / アスパラガス / 雌雄性 / 花 / 形態形成 / 生理活性物質 / ホルモン・生理活性物質 / 転写因子 / 園芸学 / 遺伝学 / ゲノム / 発生・分化

【研究成果の概要】

モデル植物・シロイヌナズナにおいては、MYB35という遺伝子を欠損すると雄性不稔となることが知られていたが、食用アスパラガスにおいては、これによく似た遺伝子（AoMYB35）が雄株にのみ存在し、雌株に存在しないということを明らかにした。AoMYB35は食用アスパラガスの雌雄性決定遺伝子の候補として有力なものである。また、雌花の雄蕊における細胞死を特徴づけると共に、食用アスパラガスの各花器官（花被片、雌蕊、雄蕊）の転写産物を網羅的に解析し、食用アスパラガスの雌雄性に関わる遺伝子を絞り込んだ。生理活性物質により食用アスパラガスの雌雄性（雌蕊・雄蕊の発達）を制御することには失敗した。

【研究の社会的意義】

食用アスパラガスにおいて太い若茎を得るには、株を数年育成させる必要がある。露地においては、雌株には種子が着くが、これが地面に落ちると商品価値のない若い株が生じ、これは栽培管理上不都合である。このことから、露地での食用アスパラガス生産には雄株を用いるのが望ましい。雌株と雄株は通常花の形態により判別するが、花が着くまでには二年程度かかる。本研究により、AoMYB35という遺伝子が雄株にのみ存在することが見出された。これを用いれば、花の着生を待たずに雌雄を判別できる。これを利用すれば雌雄を転換させることも可能になるかもしれない。そのような技術は食用アスパラガスの品種育成にも資する可能性がある。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2016-04-01 - 2019-03-31

【配分額】3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)

【研究分野】ゲノム生物学

【研究領域課題番号】15H02370 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ゲノム / 遺伝子 / 遺伝学 / 神経科学 / 発生・分化 / ゼブラフィッシュ / 遺伝子トラップ / 脳・神経 / 器官形成

【研究成果の概要】

（１）遺伝子トラップスクリーンを実施し、さまざまな細胞・組織・器官特異的にGal4FFを発現するトランスジェニックフィッシュを多数作製した。これらの系統におけるトランスポソン挿入部位を決定した。
（２）細胞・組織・器官特異的Gal4FF発現トランスジェニックフィッシュを基に共同研究を実施し研究成果を英文論文40報として発表した。
（３）ボツリヌス毒素遺伝子を用いてGal4FF発現神経細胞の機能を効率良く阻害するシステムの開発に成功した。カルシウムイメージングを行い、エサなどの視覚刺激が食欲の中枢である視床下部下葉を活性化する神経回路を発見した。恐怖条件付け学習に必須な終脳の神経回路を同定した。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2015-04-01 - 2018-03-31

【配分額】42,900千円 (直接経費: 33,000千円、間接経費: 9,900千円)

【研究分野】外科学一般

【研究領域課題番号】26253069 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

食道胃接合部 / ES細胞 / 内胚葉上皮 / 組織形成 / オルガノイド / 内胚葉 / 食道 / 胃 / 前腸形成 / 臓器形成 / 食道・胃接合部 / 発生学 / 分化誘導 / 発生・分化 / 再生医学 / 癌 / ゲノム / 細胞・組織

【研究成果の概要】

本研究では、発生過程における食道―胃接合部形成機構の解明を目指した。遺伝子ノックアウト及びlineage tracing実験、複数の転写因子の発現を示す蛍光蛋白レポーターマウス (”Rainbow Mouse”)の作成と同マウスから採取した細胞のin vitro分化誘導実験の結果、発生13.5日までに接合部形成位置を境として逆方向のSox2/GATA4の濃度勾配が形成され、結果的に胃側間質にFGF10、食道側上皮にFGFR２が誘導される結果、限局したERK活性化を引き起こすことで、接合部が未分化状態の上皮として成体まで維持されることがわかった。

【研究の社会的意義】

食道―胃接合部や十二指腸Vater乳頭部、直腸歯状線、子宮頸部などの“異なる上皮の接点”は人体の複数の場所に存在し、腫瘍の発生母地になり得るという臨床上の共通した特性がある。
本研究では、これまで未解明であった発生期食道―胃接合部の形成機構／維持機構を明らかにした。まず、接合部形成位置を挟んでそれぞれの細胞運命を規定する転写因子が逆方向の濃度勾配を形成し、上皮―間質相互作用で一方の間質シグナルを誘導し、他方の上皮でその受容体を発現するという巧みな方法で、接合部に限局したシグナル活性化を来すことがわかった。他の“異なる上皮の接点”形成機構にも共通する可能性があり、今後の解明が待たれる。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2014-04-01 - 2019-03-31

【配分額】40,560千円 (直接経費: 31,200千円、間接経費: 9,360千円)

【研究分野】応用微生物学

【研究領域課題番号】22580097 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

きのこ / 光受容体 / 形態変化 / シイタケ / 子実体形成 / 光応答 / バイオインフォマティクス / 遺伝子発現 / 次世代型DNAシーケンサー / 遺伝子 / ゲノム / 応用微生物 / シグナル伝達 / 生体分子 / 農林水産物 / 発生・分化 / 子実体

【研究成果の概要】

きのこの子実体形成には光が必要である。シイタケの光受容体遺伝子 Le.cry は、担子菌初のクリプトクロム型光受容体をコードしていた。その産物Le.CRY の解析 の結果、青色光領域を吸収し子実体形成に関わることが示唆された。プロテオーム解析の結果、 リン酸化や糖鎖付加などの翻訳後修飾を介して、子実体形成に関わる代謝経路やシグナル伝達 経路が存在することが分かった。トランスクリプトーム解析の結果、光応答遺伝子群を網羅・ 同定した。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2010 - 2012

【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】ゲノム生物学

【研究領域課題番号】22310120 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

遺伝子 / ゲノム / 転写調節 / 発生・分化 / ホヤ / メダカ

【研究成果の概要】

次世代型DNAシークエンサーによりmRNAの５'端配列を大量に決定し、ゲノム上にマッピングすることによりホヤゲノム中の転写開始点と遺伝子発現プロファイルを決定した。これらのデータを用いて、組織特異的または発生段階特異的プロモーターの発見、トランススプライシングされる遺伝子の転写開始点の同定、miRNA遺伝子の転写制御領域の同定等の成果が得られた。ホヤとメダカを用いた発生遺伝学的実験解析により、細胞特異的な転写制御に関わる転写因子を同定し、転写因子とシス調節領域の相互作用およびクロマチン構造の変化による、ホヤと脊椎動物で共通の遺伝子発現調節機構を明らかにした。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2010-04-01 - 2013-03-31

【配分額】20,020千円 (直接経費: 15,400千円、間接経費: 4,620千円)

【研究分野】細胞生物学

【研究領域課題番号】21687015 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

細胞分裂 / 細胞周期 / 染色体分配 / 微小管 / 減数分裂組換え / 遺伝学 / 遺伝子 / ゲノム / 発生・分化 / 染色体 / 細胞

【研究成果の概要】

本研究では、分裂酵母の減数分裂において見られる新規の微小管構造が、減数分裂組換えとその後の染色体分配という2つの現象を連携させる機能を持つことを実証した。また、その分子メカニズムについても解析を行い、特定の微小管結合タンパク質が通常とは異なる部位に局在することで、減数分裂特有の難しい染色体分配を克服していることが分かった。

【研究種目】若手研究(A)

【研究期間】2009 - 2011

【配分額】24,440千円 (直接経費: 18,800千円、間接経費: 5,640千円)

【研究分野】基礎ゲノム科学

【研究領域課題番号】21221008 (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 / ゲノムネットワーク / T-DMR / 性差 / DNAメチル化 / ヒストン修飾 / 次世代シークエンス / ホルモン依存 / 組織依存 / エピジェネティクス / 性差DNAメチル化領域 / ヒストンH1 / 子宮筋腫 / DNAメチル化プロフィール / 発生分化 / 性依存性 / 常染色体 / 性染色体

【研究成果の概要】

哺乳類の雌雄の違いは性染色体(X、Y)によると考えられてきたが、発達や様々な病気を雌雄の違いで考えると性染色体のみでは説明が困難である。雌雄で同じ常染色体でもゲノムDNAの利用法に違いはないだろうか？本研究では、DNAメチル化解析やヒストン修飾解析を行い、常染色体のゲノムの長期利用に性差を示す領域が存在することを明らかにした。雌雄はゲノム配列が同じ常染色体であっても、性依存性にゲノムの利用を変えている。

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2009-05-11 - 2014-03-31

【配分額】208,390千円 (直接経費: 160,300千円、間接経費: 48,090千円)

【研究分野】応用獣医学

【研究領域課題番号】20380168 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

有害化学物質 / ゲノム / 発生・分化 / 環境 / 薬剤反応性 / エピジェネティクス

【研究成果の概要】

胎生期の環境因子が子どもやさらには成人してからの健康に与える影響が懸念されている。胎生期にダイオキシンに曝露され生まれた実験動物では、ベンツピレンなどの変異原物質による成熟後の化学発癌感受性が高まる。本研究ではマウスを用いて、変異原物質の代謝活性化を司る酵素CYP1A1遺伝子におけるDNAメチル化などのエピジェネティックメモリーが、周産期のダイオキシン曝露で変化すること、およびその分子機構の一部を明らかにした。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2008 - 2010

【配分額】18,980千円 (直接経費: 14,600千円、間接経費: 4,380千円)

【研究分野】水産化学

【研究領域課題番号】19108003 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

水産学 / 魚類 / ゲノム / 発生・分化 / 筋肉 / ミオシン / 発生分化 / ミオシン重鎖 / 転写制御 / トラフグ / 小型魚類 / 発生 / 分化 / 発生・文化 / 遺伝子発現解析 / レポーターアッセイ

【研究成果の概要】

本研究では、筋肉の性質を最終的に規定するミオシン重鎖遺伝子(myosin heavy chain gene, MYH)に着目し、その発現の多様性が魚類の筋肉の構造や機能に密接に関わることを示すとともに、それらの発現制御に関わる転写ネットワークの一端を明らかにした。これら成果は、筋線維のタイプの決定機構を利用した肉質の改良や、筋成長の分子機構に基づく効率的な育種など、水産業への貢献にもつながることが期待される。

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2007 - 2011

【配分額】103,350千円 (直接経費: 79,500千円、間接経費: 23,850千円)

【研究分野】分子生物学

【研究領域課題番号】19770144 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

染色体構築 / 機能 / 分配 / 遺伝学 / 遺伝子 / ゲノム / 細胞 / 発生・分化

【研究成果の概要】

減数分裂第一・第二間においては、2連続で分裂装置を形成させるために、スピンドル極体の複製が減数第一分裂の終期に起きること、さらにそれがサイクリン依存性キナーゼ(CDK)の活性に依存することを明らかにした。さらに、スピンドル極体が複製後に核内に埋め込まれる必要があるが、これもCDK活性に依存した現象であることが明らかとなった。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2007 - 2008

【配分額】3,850千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 450千円)

【研究分野】水産化学

【研究領域課題番号】18780160 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

水産学 / 発生・分化 / バイオテクノロジー / ミオシン重鎖 / 筋肉 / ゲノム / 遺伝子発現解析 / 転写因子 / 生物・生体工学 / 小型魚類

【研究成果の概要】

メダカの筋形成過程で発現する主要なミオシン重鎖(myosin heavy chain, MYH)アイソフォームであるmMYH_<L1>、mMYH_<L2>およびmMYH_<emb1>につき、RACE法により転写開始点を同定した。次に、転写開始点から5'上流の配列をゲノムデータベースから抽出し、他生物種の相同領域とのホモロジー解析を行ったところ、mMYH_<emb1>の5'上流1kb付近にトラフグ胚体で発現するMYH_<M2528-2>の5'上流と高い相同性を示す領域が得られた。当該領域を含むmMYH_<emb1>の5'上流2kbをGFPをレポーターとするベクターに連結し、メダカ受精卵に導入したところ、メダカ胚の水平筋隔に限定したGFPの発現が観察された。同様の発現はゼブラフィッシュでも観察された。こうしたGFP陽性細胞の分布は遅筋型MYHを発現するmuscle pioneerのものと類似するが、特異抗体を用いた免疫染色の結果、GFP陽性細胞はmuscle pioneerのマーカーであるengrailedを発現しておらず、mMYH_<emb1>を発現する筋細胞の性状や発生の系譜に興味がもたれた。また、mMYH_<L1>およびmMYH_<L2>については、それぞれ翻訳開始点の5'上流2.6kbおよび4kbを連結したレポーターベクターを導入することで、メダカおよびゼブラフィッシュ胚の速筋でGFPの発現が観察された。これら結果から、MYHの5'上流には魚類の異なる筋組織での発現を制御するシス制御領域が存在することが示された。また、昨年度は筋特異的タンパク質の転写制御に関与する筋分化制御因子myoD familyをメダカからクローニングし、その発現パターンのプロファイリングを行った。今年度はこれら筋分化制御因子の活性調節に関与することがほ乳類で報告されているヒストンのアセチル化について検討した。メダカおよびゼブラフィッシュ受精卵をヒストン脱アセチル化酵素の阻害剤であるバロプロ酸で処理したところ、発生の遅滞や体幹部の屈曲が観察された。特異抗体を用いた組織学的解析により、これら胚では本来表皮直下に単層を形成する遅筋細胞が重層化する異常が観察された。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2006 - 2007

【配分額】3,500千円 (直接経費: 3,500千円)

【研究分野】層位・古生物学

【研究領域課題番号】15104009 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

進化 / 発生・分化 / 動物 / ゲノム / 遺伝子 / バイオミネラリゼーション / 形態形成 / 軟体動物 / 貝殻形成 / 発生進化学 / 発生遺伝学 / Lymnaea

【研究成果の概要】

本計画では,(1)貝殻形成のマスター遺伝子,(2)貝殻分泌の制御因子,(3)貝殻の左右非対称性の制御因子の単離・同定と機能の解明を通して,貝殻の進化過程や進化機構を考察することを目的とした研究を行い,以下の成果を得た.
(1) 殻体形成のマスター遺伝子
転写調節因子engrailedと分泌成長因子dppのモノアラガイでの相同遺伝子の発現パターンを調べた結果engrailedは他の軟体動物と同様に貝殻腺の周縁において発現している一方で,dppはカサガイとは異なり,陥入している貝殻腺の右側で発現していることを発見した.
(2) 貝殻分泌の制御タンパク質
モノアラガイを含む有肺類8種から貝殻基質タンパク質ダーマトポンティンを同定して系統解析を行い,有肺類の中で少なくとも2回独立に遺伝子重複が起きたこと,化石記録との比較からその重複は中生代以降に起きたことを明らかにした.また,アコヤガイでは,著しくアスパラギン酸に富んだ超酸性貝殻基質タンパク質アスペインの構造を明らかにし,アスペインがカルサイトの選択的沈殿の制御因子であることを発現パターンの解析とin vitroの結晶成長実験によって示した.
(3) 巻貝の巻きの制御因子
モノアラガイの左巻き個体の外套膜の左側と右側で非対称的に発現している遺伝子をHiCEP法を用いて網羅的に探索し,合計11588個の遺伝子が外套膜で発現していること,また左右で発現量が有意に異なる遺伝子が数十に及ぶことを示した.左右で大きな変動を示す20個の遺伝子について,その構造と機能の解析を継続して行っている.

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2003 - 2007

【配分額】106,210千円 (直接経費: 81,700千円、間接経費: 24,510千円)