【研究領域課題番号】21H02136 (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 / タンパク質栄養 / 胎児期 / 妊娠期 / メチルシトシン / ヒドロキシメチルシトシン / エピゲノム / DNAメチル化 / 低タンパク質 / 高血圧

【研究成果の概要】

まず、様々な文献より、DNAヒドロキシメチル化に関する技術を比較検証し、実施可能な手法として、以下を選択した。DNAヒドロキシメチル化に影響を与えているか否かを調べるためには、まずグローバルDNAヒドロキシメチル化率の分析手法を確立した。本研究では、特にDNAメチル化率測定のゴールドスタンダードとして認知されている、HPLCを用いた分析を採用した。移動相には酢酸アンモニウム緩衝液（pH 4.1）とメタノールを用い、グラジエント解析を行った。カラムはYMC社Hydrosphere C18を用い、超高速液体クロマトグラフィー（UHPLC）である島津社NexceraX2を用いて解析した。その結果、4種のヌクレオシドに加え、5-メチル化シトシンと5-ヒドロキシメチル化シトシンを分離定量することが可能であることを確認した。サンプル処理では、動物もしくは細胞から抽出したゲノムDNAをZymo社DNA Degradase plusを用いヌクレオシドに分解し、その後分析に供することで定量可能であることが確認された。ラットの肝臓や腎臓、さらにHepG2といった細胞において、ヒドロキシメチルシトシン／メチルシトシン比は非常に低いことが明らかとなった。個別の位置のヒドロキシメチル化シトシンの解析についても検討を進め、定量可能であることを確認した。また、メチル化と脱メチル化に関わる酵素（各種DNMTやTet)の遺伝子発現について、栄養条件への応答が様々であることを明らかにした。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2021-04-01 - 2024-03-31

【配分額】16,900千円 (直接経費: 13,000千円、間接経費: 3,900千円)

【研究領域課題番号】21K15074 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

DNAメチル化 / エピジェネティクス / ナノポアシークエンサー / エピゲノム

【研究成果の概要】

ヒト乳がん細胞株において、Enzymatic Methyl seq (EM-seq)による塩基変換とナノポアシークエンスを組み合わせた微量DNAから実施可能な全ゲノム長鎖DNAメチル化解析法nanoEMの開発を行った。また、塩基変換を用いた長鎖DNAメチル化解析のための実用的なパイプラインが存在しなかったため、データ解析パイプラインの開発についても行った。ショートリードのBisulfite-seq（BS-seq）に用いられるBismarkの解析戦略をロングリード用に応用したパイプラインを構築した。
開発したパイプラインで細胞株のnanoEMデータを解析し、メチル化状態を算出した。取得済みのショートリードのBS-seq及びEM-seqとナノポアシークエンスからのDNAメチル化の直接検出のデータと比較したところ、nanoEMはいずれのデータとも非常に高い相関を示すことが確認された。さらに、nanoEM法のインプット量の微量化について検討を行い、10 ngのゲノムDNAからであれば、十分な質のデータを取得できることを示した。開発したnanoEM法をヒト乳がん検体に応用し、臨床検体由来の微量DNAでも実施可能なことを示した。nanoEMリードを解析することにより、ショートリードでカバーすることが困難なリピート領域やインプリンティング領域を含む染色体ごとに異なるメチル化状態や構造変異周辺のメチル化状態の検出に成功した。
これらの成果については、2021年度中に、国内外の3つの学術雑誌への論文発表(Sakamoto et al. Nucleic acid research 2021; Zaha et al. Bio-protocol 2022; 関 他. 月刊細胞 2021)及び国内学会の学会発表(関 他 第44回分子生物学会年会 2021)を行った。

【研究種目】若手研究

【研究期間】2021-04-01 - 2023-03-31

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

【研究領域課題番号】19H00995 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

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

【研究成果の概要】

課題１「遺伝子内抗抑制修飾はどのように制御され、どのように表現型に貢献するか」抑制修飾に必要な因子の変異体にその因子を相補することにより、抑制修飾確立に必要な因子を検出する系を構築し、これを用いて、CGサイトのメチル化とヒストンH2Aのバリアントが抗抑制に影響することを示唆する結果を得ていた（To et al 2020 Nature Plants）。CGメチル化酵素の変異体を用いることで、この修飾が抑制/抗抑制の確立に大きく影響することを示せた（To et al 2022 Nature Communications）。
また、遺伝子内抗抑制経路を調べる過程でヒストンH3リジン４の脱メチル化酵素であるLDL2およびFLDの分子機能および生物学的機能を明らかにしてきた（Inagaki et al 2017 EMBO J; Inagaki et al 2021 Nature Plants）。さらにもう一つのヒストンH3リジン脱メチル化酵素であるLDL3の標的配列特異性、およびH3リジン４メチル化酵素の局在特異性から、転写がこの修飾を双方向に制御することを見出しつつある（Ishihara et al 2019 Nature Communications; Oya et al bioRxiv; Mori et al 論文準備中）。エピジェネティックな抑制/抗抑制を制御する新規経路として興味深い。
課題２「配列特異的抗抑制因子はどのような機構でゲノムの広範囲に影響するか」VANCは標的DNAに直接結合することをゲルシフトで示している（Hosaka et al2017 Nat Com）。世代をこえて継承される脱抑制の系を用い、VANCによる抗抑制の祖先型と思われる系を同定した（Sasaki et al 2022 EMBO J）。また、VANCによる抗抑制とRNAi経路との遺伝学的相互作用の解明を進めている（Sasaki et al 論文準備中）。また、分子間力顕微鏡（AFM）によって、標的DNAとVANCとの直接の結合を、動画で観察することに成功するとともに、結晶構造解析によって、DNAと相互作用する領域を特定した（Saito et al 論文準備中、Tanaka et al 論文準備中）。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2019-04-01 - 2023-03-31

【配分額】44,850千円 (直接経費: 34,500千円、間接経費: 10,350千円)

【研究領域課題番号】19K08688 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ポドサイト / DNA損傷 / エピゲノム / DNAメチル化 / 老化 / DNA損傷修復 / 慢性腎臓病 / 腎老化 / エピゲノム変化

【研究成果の概要】

本研究により、ポドサイトにおけるDNA損傷がDNAメチル化などのエピゲノム変化を惹起し、持続的なポドサイト形質の変化がもたらされることにより、腎臓病病態に関与することが明らかになった。また、ヒトサンプルを用いた臨床研究の結果、ポドサイトDNA損傷の程度は、腎生検サンプルや尿中脱落細胞を用いて評価することが可能であり、ポドサイトDNA損傷やDNAメチル化変化は、蛋白尿や腎予後に関連する新規マーカーとして有用であることが示唆された。

【研究の社会的意義】

高齢化社会を背景とした、高血圧や糖尿病増加に伴う慢性腎臓病（CKD)が増加していることから、老化に伴う変化を理解することは重要である。老化の本質として、DNA損傷やエピゲノム変化の蓄積が重要であることが知られており、本研究では腎臓の老化を理解するためにポドサイトDNA損傷や随伴するエピゲノム変化について検討した。その結果、ポドサイトDNA損傷は、老化のみならず多くのCKDに共通して認められる現象であり、新規治療標的、予後予測マーカーとして有用である可能性が明らかになった。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2019-04-01 - 2022-03-31

【配分額】4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)

【研究領域課題番号】19K07444 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

精巣腫瘍 / 精巣胚細胞腫瘍 / セミノーマ / 胎児性癌 / DNAメチル化 / エピジェネティクス / エピゲノム / 分化調節 / 発生分化 / 予後予測 / 病理学

【研究成果の概要】

精巣胚細胞腫瘍（TCGT）は正常発生・分化の諸段階を模倣する腫瘍内分化を示す悪性腫瘍である。TGCTの各組織亜型は固有のDNAメチル化プロファイルを持ち、分化過程の順に変化していた。セミノーマは胎児性癌により類似し進行した症例を含むSem2とそうでないSem1の2群に明瞭に分けられた。セミノーマから胎児性癌への分化に寄与しSem1とSem2で有意に異なるDNAメチル化プロファイルは、染色体安定性保持に重要な領域で先行して生じていた。セミノーマの悪性度評価・予後予測指標として有用な発現変化に帰結し得るDNAメチル化変化を示す遺伝子も見出された。

【研究の社会的意義】

精巣胚細胞腫瘍は希少がんかつAYA世代に発生するがんである。形態学を基盤とした着想と技術に基づき、精巣胚細胞腫瘍がエピジェネティックに正常発生分化を模倣すること、形態学的に見分けのつかないセミノーマが悪性度の異なる2群に分けられることを明らかにした。これにより、最も頻度の高い精巣胚細胞腫瘍であるセミノーマの悪性度診断や予後予測、精巣胚細胞腫瘍の分化誘導療法の可能性を提示した。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2019-04-01 - 2022-03-31

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

【研究領域課題番号】18K08085 (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 / 転写伸長活動 / gene body領域 / ヒストンH3K35トリメチル化 / 老化 / 核内構造 / 細胞種特異性 / 5hmC / 遺伝子転写制御 / Gene body領域 / シングルセル解析 / 転写因子 / 心筋細胞 / 細胞成熟 / 病態発生機構 / 転写伸長反応 / スプライシング / DNA脱メチル化 / ゲノム進化 / 細胞種特異的遺伝子発現

【研究成果の概要】

本研究計画では、心筋細胞特異的遺伝子のgene body領域に広範囲に形成される活性なエピジェネティックドメインについて調べ、この領域が高い転写伸長活性を持つこと、更にこれが心筋細胞に特異的なゲノムワイドなエピジェネティック変化によって形成されている可能性を明らかにした。特に恒常的発現遺伝子におけるヒストンH3K36トリメチル化の分布がゲノムワイドに変化しており、多数の恒常的発現遺伝子の転写伸長が抑制されている状態である可能性を示した。ゲノムワイドな変化によって少数の特異的遺伝子転写が有利になるというモデルを示した。

【研究の社会的意義】

本研究計画では、マウス心臓における予期せぬ細胞種特異的なエピゲノム変化が観察された。細胞特異的な機能を維持するためのゲノムワイドな転写リソース戦略の変化は遺伝子機能の発現とバランスに大きく影響する要因であり、これが細胞種によって異なることを創薬・治療戦略において想定する必要がある。また、年齢的な変化の可能性については老若の細胞変化の細胞種間の差異とその影響の違い、特にヒトにおいては健康寿命を考える上で細胞種としてのデフォルトと初期老化状態の違いを改めて考慮する必要がある。このような問題提起において本研究は重要な知見を与えることができ、創薬・老化対策研究への応用が期待できる。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2018-04-01 - 2022-03-31

【配分額】4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)

【研究領域課題番号】18K15328 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

肉腫 / 脂肪肉腫 / 脱分化型脂肪肉腫 / DNAメチル化 / 脱メチル化剤 / 脱分化 / ゲノム / エピゲノム

【研究成果の概要】

脱分化型脂肪肉腫は成人に好発する高悪性度腫瘍である。今回我々は、高分化型/脱分化型脂肪肉腫に対するゲノム網羅的なDNAメチル化解析を行い、悪性度の高い脱分化型脂肪肉腫では脂肪分化に関する遺伝子のDNAメチル化が悪性化に関与している可能性を見出した。本研究成果から、今後、脱分化型脂肪肉腫に対する新規治療戦略として脱メチル化剤治療が有用な可能性が示唆された。

【研究の社会的意義】

本研究成果は、今後更なる前臨床研究が必須ではあるが、手術以外に有効な治療法が確立されていない、脱分化型脂肪肉腫の新規治療戦略となり得ることが期待される。

【研究種目】若手研究

【研究期間】2018-04-01 - 2021-03-31

【配分額】3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)

【研究分野】食品科学

【研究領域課題番号】17H03815 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

妊娠期 / 栄養 / タンパク質栄養 / 高血圧 / エピジェネティクス / DNAメチル化 / DOHaD / 血圧 / エピゲノム / メチローム / 食塩感受性 / エピジェノム / 高脂肪食 / 低タンパク質栄養 / DNAマイクロアレイ解析 / 腎臓 / SHRSP / 胎児期

【研究成果の概要】

食塩感受性高血圧ラットモデルにおいて、妊娠中に低タンパク質を摂取させた母親の子供は高血圧が悪化することを見出した。これにはPtger1という血圧にも関わる遺伝子において、DNAに結合するメチル基の量が変化することによることを発見した。その場合に、出生後に低タンパク質食や高タンパク質食をある期間与えることで、こうした悪影響が改善できることが明らかとなった。

【研究の社会的意義】

妊娠期や乳児期など発達の初期段階における栄養状態などの環境が、成長後の疾患のリスクに大きく影響を及ぼすという概念が広く受け入れられてきた。本研究では、妊娠期のタンパク質栄養が不十分であると高血圧の遺伝素因をもつ子において、血圧の上昇がさらに悪化すること、それには血圧に関連する遺伝子に修飾が起こり、その状態が維持されて遺伝子の働きが変わることを明らかにした。さらに生後の食環境によりそれをある程度改善できることを見出したものである。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2017-04-01 - 2020-03-31

【配分額】17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円)

【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】実験病理学

【研究領域課題番号】17K15668 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

非アルコール性脂肪性肝炎 / エピジェネティック解析 / DNAメチル化異常 / エピゲノム / DNAメチル化

【研究成果の概要】

本研究では、近年増加し肝細胞がんの前がん状態として着目されている非アルコール性脂肪性肝炎 (Nonalcoholic steatohepatitis [NASH])の臨床検体のエピジェネティック解析を基盤として、NASH特異的な発がんの分子機構の解明やNASHの発がんリスク評価指標の策定を目指す。
病的肥満患者の減量手術中に、同意を得て採取されたNASHの組織所見を示す肝生検検体、大腸がん肝転移症例の肝部分切除術標本より得られた正常肝組織検体、NASH由来肝細胞がん症例の肝部分切除術標本よりより得られたNASHの組織所見を示す非がん肝組織検体とがん組織検体、肝炎ウイルス感染陽性肝細胞がん症例の肝部分切除術標本より得られた非がん肝組織検体とがん組織検体等 (総計264検体)において、HumanMethylation450 BeadChipを用いゲノム網羅的DNAメチル化解析を行った。NASH検体において正常肝組織検体と比較してDNAメチル化率が有意に異なるプローブは3331プローブ存在し、NASHにおいてDNAメチル化異常が起こっていることがわかった。主成分分析をおこなったところ、NASH検体は正常肝組織とも肝炎ウイルス感染陽性慢性肝炎ないし肝硬変症検体とも異なるDNAメチル化プロファイルを示した。傾向性検定では、NASH特異的DNAメチル化異常はNASHの早期段階で起こり、NASHの進行とともに亢進し、NASH由来肝細胞がんに継承されることがわかった。NASH特異的でNASH由来肝細胞がんに継承されるDNAメチル化異常を示すがん関連遺伝子候補として、WHSC1やWDR6等を同定した。以上より、NASH特異的DNAメチル化異常はNASH由来肝細胞がんに継承され、がん関連遺伝子等の発現異常を介して、NASH由来肝細胞がんの多段階発生に関与している可能性が示された。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2017-04-01 - 2018-03-31

【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】動物生産科学

【研究領域課題番号】16H05017 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

卵巣 / エピゲノム / 顆粒層細胞 / 遺伝子発現 / クロマチン構造 / 卵胞発育 / DNAメチル化 / エピジェネティクス制御 / 応用動物 / メチル化 / 妊孕性 / エピジェネティクス / 繁殖障害 / 家畜繁殖 / 卵巣機能

【研究成果の概要】

卵胞発育過程の顆粒層細胞における大規模なDNA脱メチル化が，細胞増殖とレチノイン酸依存的に誘導されることを明らかとした．この脱メチル化が発火点となり，ヒストンH3アセチル化が生る結果，クロマチン構造変化が誘導され，遺伝子発現が誘起されることも示した．この変化に必須な顆粒層細胞の増殖は，個体の加齢に伴う卵巣間質の線維化により抑制されること，顆粒層細胞内のミトコンドリア活性化が必要であることも明らかとした．

【研究の社会的意義】

加齢に伴う妊孕性の低下，感染症や低栄養条件による繁殖障害が家畜やヒトで問題となっている．本研究で明らかとした卵胞発育の分子生物学的理解は，上記が起こる根本原因を解き明かす第一歩となる．
本研究で明らかとなった，レチノイン酸がDNA脱メチル化誘導因子であることや細胞増殖のためにミトコンドリアの活性化が必須であるとの知見は，食事（飼養環境）が卵巣機能に直結することを示す研究成果であり，このような知見が繁殖障害や不妊症の予防法開発や治療法の発見につながると期待できる．

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2016-04-01 - 2019-03-31

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

【研究分野】腫瘍診断学

【研究領域課題番号】16H02472 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

エピゲノム / エピゲノムワイド関連解析 (EWAS) / 膵がん / DNAメチル化 / エピゲノムワイド関連解析 / リスク診断

【研究成果の概要】

エピゲノムワイド関連解析を基盤とし、膵がん発症の高危険群を捕捉するためのリスク診断の基盤となる知見を得ることを目指した。膵がんを発症した患者と対照の血液検体の間で、かつ浸潤性膵管がん組織と正常膵組織の間で、ともにDNAメチル化率が有意に異なる46,924 CpG部位を同定した。DNAメチル化異常を来す遺伝子の多くは、幹細胞性・細胞増殖等に寄与するがん関連遺伝子で、環境要因・遺伝素因の影響で全身の細胞に惹起されたDNAメチル化異常が、末梢膵管上皮において発がん促進的に作用する場合があると考えられた。血液検体のDNAメチル化検査で発がんリスクを診断し得るとのfeasibilityが示された。

【研究の社会的意義】

本研究で同定したリスク診断マーカーCpG部位の、DNAメチル化率の診断閾値を組み合わせることによって、健診等の血液検査によって将来の膵がんの発生リスクを予測するための診断基準を確立できる見込みである。確立した膵がん発生リスク診断基準について、適切に知財を確保する。さらに、研究代表者等が企業と共同研究開発し既に特許の成立している、健診機関にも普及が容易で血液検査に適した、高速液体クロマトグラフィーを基盤とするDNAメチル化診断システムに適合させ、キット化する。これにより、予防先制医療が当然のこととなる近い将来に、発がんリスク診断と介入予防の社会実装を図れると期待される。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2016-04-01 - 2019-03-31

【配分額】46,670千円 (直接経費: 35,900千円、間接経費: 10,770千円)

【研究分野】実験病理学

【研究領域課題番号】16K08720 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

DNAメチル化 / 発がん / 臓器共通性 / 胃がん / 臓器特異性 / がん / エピゲノム / 臓器横断的 / 胃 / DNA methylation / cancer / development / kidney / liver / lung / stomach / breast / 病理学 / 腫瘍 / エピジェネティクス

【研究成果の概要】

複数臓器がんで共通してDNAメチル化亢進を示す遺伝子は、エピジェネティックに制御され細胞分化に寄与する遺伝子であり、これらが共通して発がんにおけるエピゲノム異常の標的になっていると考えられた。エピジェネティック機構による細胞の分化状態の破綻が、複数臓器で共通する発がんのメカニズムである可能性が示唆された。
胃がんを他臓器がんから識別でき、原発不明がんの臓器診断に有用なDNAメチル化診断指標を同定した。同指標のDNAメチル化状態は非がん胃にも共通して観察されることから、胃の臓器特異的なDNAメチル化プロファイルががんでも保持されたものと考えた。

【研究の社会的意義】

これまで臓器毎に報告されてきたがんのDNAメチル化異常について、臓器横断的に解析することにより臓器共通性と臓器特異性を見出したことが本研究の独創性と重要性である。一般的にがんでは、細胞の分化に関わる遺伝子のDNAメチル化に異常があり、分化状態が不安定になることが細胞ががんになる際の特徴であると考えられた。DNAメチル化はヒトの発生過程で臓器・細胞特異的に形成されることに着目し、原発不明がんの原発臓器診断において有用な臓器特異的マーカーのない胃がんの臓器特異的DNAメチル化診断指標を同定した。

【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】ゲノム医科学

【研究領域課題番号】15K14431 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

DNAメチル化 / 酸化的脱メチル化過程 / gene body領域 / 転写伸長反応 / 細胞成熟 / 心筋細胞 / ゲノム / エピゲノム / H3K36トリメチル化 / Gene body領域 / ゲノムワイド / 細胞分化 / 幹細胞 / 転写伸長

【研究成果の概要】

本研究計画はglobal DNAメチル化修飾をバックグラウンドとする哺乳類ゲノムにおいて、gene body領域のエピジェネティック状態が細胞成熟に関与する可能性を検討し、これをもとに細胞成熟の評価および誘導を目指す。当初の成熟誘導法の樹立の計画に先立ち心筋細胞と肝細胞の比較を行ったところ、低メチル化を特徴とするgene body領域エピジェネティック・ドメインは心筋細胞により強く、他の細胞にはあまり顕著に見られない特徴であることがわかった。また、DNA脱メチル化代謝中間産物の解析により酸化的脱メチル化過程がこの活性エピジェネティック・ドメインの構築に関与している可能性が示された。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2015-04-01 - 2017-03-31

【配分額】3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)

【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】統合動物科学

【研究領域課題番号】25660256 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

直接リプログラミング / DNAメチル化 / 転写因子 / ES細胞 / エピゲノム / 細胞分化誘導 / mRNA / 強制発現誘導系 / 細胞分化 / リプログラミング / 細胞種特異的遺伝子 / エピジェネティック制御

【研究成果の概要】

本研究計画では、ES細胞を用いた転写因子の強制発現タイミングと異なる培養条件における細胞分化の傾向と効率を確かめることにより、直接リプログラミングにおける転写因子の役割分担について検討を行った。転写因子強制発現における遺伝子発現変化より、影響範囲の違いによる転写因子のグループ化を行い検討の材料とした。また、培養条件による分化効率の違いの検討を各種マーカー遺伝子の発現量の違いにより行い、時系列を追って発現変化を見ることにより転写因子の役割の違いについて明らかにした。対照として、各種組織のＤＮＡメチル化プロファイルを作成し、成熟細胞の持つ特徴的なDNAメチル化パターンを明らかにした。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2013-04-01 - 2015-03-31

【配分額】4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)

【研究分野】実験病理学

【研究領域課題番号】25460487 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

エピゲノム / 純化細胞 / 前がん状態 / 肝細胞がん / 慢性肝炎 / 肝硬変 / 肝炎ウイルス / DNAメチル化 / ヒストン修飾 / ウイルス性肝炎 / アルコール性肝炎 / 非アルコール性脂肪肝

【研究成果の概要】

肝部分切除術検体から、計31検体分の正常肝細胞ならびに非がん肝細胞を純化し得た。比較対照の組織検体と共にゲノム網羅的DNAメチル化解析を行った。HCV陽性症例はHBV陽性症例に比してDNAメチル化異常の頻度が高く、HCV陽性症例ではDNAメチル化亢進の頻度が高かった。HBV特異的プロファイルは極めて少なく、一方でHCV特異的プロファイルはゲノム全体に高頻度で認められた。組織検体と純化肝細胞の結果は概ね一致していたが、純化細胞でより顕著に観察できる特徴もあった。純化細胞を用いることでChIP-seqが可能になり、臨床情報と紐付いたヒト臨床検体のヒストン修飾パターン取得が可能になった。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2013-04-01 - 2016-03-31

【配分額】5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)

【研究分野】循環器内科学

【研究領域課題番号】24689037 (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 / 細胞特異的発現遺伝子 / 成熟細胞 / DNA脱メチル化機構 / 病態発生 / エピジェネティック制御 / gene body領域 / 心不全 / 細胞特異的遺伝子 / 疾患モデル動物 / 次世代シークエンサー / トランスクリプトーム / 細胞種特異的発現調節 / ゲノム

【研究成果の概要】

本研究計画では各発生段階からの均一な心筋細胞集団からDNAメチル化エピゲノムデータから、細胞種特異的なDNAメチル化エピゲノムの成り立ちについての理解を深めた。結果として、細胞特異的発現遺伝子の一部に、gene body領域での顕著なDNAメチル化変動を経る遺伝子があることを見出した。これら成熟細胞におけるgene body領域の低メチル化状態は転写マシナリーおよびp300の蓄積を伴い、さらに成熟過程における細胞種および発生段階特異的な一過性なDNA脱メチル化中間産物の蓄積と関連している。gene body領域でのDNA脱メチル化プロセスが細胞特異的遺伝子発現に関与している可能性を示した。

【研究種目】若手研究(A)

【研究期間】2012-04-01 - 2014-03-31

【配分額】11,960千円 (直接経費: 9,200千円、間接経費: 2,760千円)

【研究分野】腫瘍診断学

【研究領域課題番号】23240129 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

胃癌 / 大腸癌 / 肝癌 / エピゲノム / ＤＮＡメチル化 / バイオマーカー / がん / マイクロＲＮＡ / 癌 / ゲノム / トランスレーショナルリサーチ / マイクロアレイ / 臨床 / マクロアレイ

【研究成果の概要】

大腸癌細胞のエピゲノムおよびトランスクリプトームを解析することで、エピジェネティックに不活化されたマイクロRNA遺伝子を同定した。大腸前癌病変および早期癌のエピゲノム・ゲノム解析を行うことで、早期発見マーカー候補となりうるDNAメチル化異常を同定した。さらに大腸癌前癌病変における内視鏡所見、病理所見、DNAメチル化異常の間の新たな相関を明らかにした。また胃癌背景胃粘膜におけるエピゲノム解析から、胃癌リスクマーカー候補となるDNAメチル化異常を同定した。原発性肝癌におけるエピゲノム異常解析から、新たな癌特異的DNAメチル化異常を複数同定した。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2011-04-01 - 2014-03-31

【配分額】49,400千円 (直接経費: 38,000千円、間接経費: 11,400千円)

【研究分野】応用動物科学

【研究領域課題番号】22228004 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

DNA メチローム / 生殖系列 / 次世代シークエンサー / トランスクリプトーム / 始原生殖細胞 / 生殖細胞 / リプログラミング / DNAメチローム / 脱メチル化 / エピゲノム / DNAメチル化 / メチローム / イピゲノム

【研究成果の概要】

マウス生殖系列におけるDNAメチル化リプログラミングの全容解明に向け、次世代シークエンサーを用いて全シトシンの包括的メチル化解析およびトランスクリプトーム解析を実施した。卵子・精子では30％および80％であったDNAメチル化は、受精後脱メチル化を受け胚盤胞では18％に減少した。着床後E7.5エピブラストでは73％に急上昇したが、その後始原生殖細胞では急速に減少しE13.5では５％以下となった。トランスクリプトーム解析は、生殖系列におけるDNAメチロームを反映した遺伝子発現調節の実態を明らかにした。本研究は生殖系列全体のDNAメチロームおよびトランスクリプトームの全貌を初めて提示した。

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2010-04-01 - 2015-03-31

【配分額】217,620千円 (直接経費: 167,400千円、間接経費: 50,220千円)

【研究分野】循環器内科学

【研究領域課題番号】22790730 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

DNAメチル化 / エピゲノム / 細胞特異的遺伝子発現 / 心筋細胞 / 転写調節 / 細胞種特異的遺伝子発現 / エピジェネティクス / 細胞分化 / ゲノムワイド / 次世代シークエンサー / 幹細胞 / バイオインフォマティクス

【研究成果の概要】

エピゲノム情報はその分化可能性を評価する指標となることが考えられるが、どのような領域のエピジェネティック状態が細胞の性質に影響しうるかは明らかでない。本研究では、細胞種に特徴的な未知のエピゲノム変化を探索し、幹細胞の分化可能性評価のためのエピゲノム情報基盤を整備することが目的である。本研究計画内において、申請者らは心筋細胞特異的なgene body領域の低メチル化状態を見出した。広範囲に渡る低メチル化状態は、転写およびエピジェネティック因子の蓄積を伴っており、細胞の特性に密接に関わるエピゲノムを形成する一因となる。本研究計画では、エピゲノム情報による幹細胞評価系の整備に重要な細胞特異的エピジェネティック状態を見出した。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2010 - 2011

【配分額】3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)

【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)