【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】生命・健康・医療情報学

【研究領域課題番号】16K00387 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

転写制御 / 転写因子 / エンハンサー / クロマチン相互作用 / インシュレータ / 遺伝子発現 / ヒストン修飾・オープンクロマチン / 深層学習 / CTCF / オープンクロマチン / エピゲノム / エンハンサープロモーター相互作用 / 機能エンリッチメント / 遺伝子 / 発現制御 / ゲノム / 情報工学

【研究成果の概要】

ゲノムワイドな遺伝子転写カスケードの解析のために、遺伝子の転写開始点から離れた位置（遠位）のDNAに結合する、転写因子が発現を制御する遺伝子（転写標的遺伝子）を予測する手法を開発した。転写標的遺伝子の予測のために、転写因子のDNA結合の位置と遺伝子の転写開始点の対応関係の基準を評価するための指標を見出した。同じ転写因子の転写標的遺伝子には、似た機能をもつ遺伝子が多く含まれ、遺伝子機能の数を転写標的遺伝子の延数で正規化した値が大きいほど、正しく予測された転写標的遺伝子を多く含み、対応関係の基準を評価する指標となった。より良い対応基準を見出し、転写因子と転写標的遺伝子の相互作用を遮蔽して制御するインシュレータ機能に関わる転写因子CTCFのDNA結合の位置を考慮した対応基準では、さらに良い予測結果が得られた。別の指標として、同じ転写因子の転写標的遺伝子の発現量の中央値を見出した。分化成熟した免疫細胞では、転写因子の転写標的遺伝子の発現量の中央値の分布が大きいほど、正しく予測された転写標的遺伝子を多く含み、ESやiPS細胞の幹細胞では、中央値の分布が小さくなる傾向が示された。この結果は、幹細胞では遠位に結合する転写因子が遺伝子発現の抑制として、免疫細胞では活性として機能する傾向を示唆した。
CTCF以外のインシュレータ機能に関わる転写因子を探索する手法を開発した。転写標的遺伝子の対応基準の解析と統計検定を用いた手法を開発し、さらに深層学習を用いた手法で、より正確な予測を行い、既知の転写因子を含む98の転写因子を予測し、そのうち23の転写因子について、論文を調べ、インシュレータ機能に関わる報告を見つけた。大部分はCTCFのインシュレータ機能と関わる転写因子であった。特に転写因子MAZについて、2021年にCTCFと独立してインシュレータ機能をもつことも実験により示された。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2016-04-01 - 2023-03-31

【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】生物系薬学

【研究領域課題番号】16K08249 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ヘルペスウイルス / 遺伝子治療 / 遺伝子発現 / インシュレーター / 無毒化 / 神経特異的 / 神経特異的遺伝子発現 / 神経細胞特異的遺伝子発現 / UL41 / ウィルス / ゲノム / 脳・神経 / 薬学 / 発現制御

【研究成果の概要】

本研究では、申請者らが開発した無毒化ヘルペスウイルス（HSV）ベクターシステムを応用して、神経特異的に治療遺伝子を送達できる新規遺伝子治療用担体の創出を目指している。同技術開発のために、本研究ではHSVゲノム上の神経特異的に転写活性化するTR領域に注目し、その遺伝子発現機構を解析した。その結果、TR領域に存在するインシュレーターが本領域からの遺伝子発現に重要な役割を果たしていること、また本制御配列の遺伝子改変により同領域からの遺伝子発現を有意に向上できることを見出した。本成果は、無毒化HSVベクターによる高度に制御された神経特異的遺伝子送達システムの創出の一助となると期待される。

【研究の社会的意義】

現在のウイルス製剤開発において最重要課題のひとつは標的組織特異的治療遺伝子の送達である。多くのウイルスベクターでは非特異的な遺伝子導入の抑制が不完全であり、未だ高精度な標的化遺伝子導入システムは存在しない。一方、我々は既にHSV糖タンパク質gD改変（細胞侵入を制御）及びにmiRNA認識配列（翻訳を制御）の利用による非特異的遺伝子導入抑制技術を確立している。これに本研究で着目するTR制御配列による標的細胞特異的転写制御技術（転写を制御）を融合すれば、極めて高精度な細胞標的化が可能となる。従って本研究成果は神経疾患に対するウイルス製剤を開発する上で理想的なプラットフォームを提供すると考えられる。

【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】機能生物化学

【研究領域課題番号】26291018 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

クロマチン / lncRNA / ヒストン修飾 / アンチセンスRNA / ノンコーディングRNA / 転写制御 / グルコース / 膵臓 / β細胞 / ストレス応答 / 発現制御 / ゲノム / 遺伝子発現 / マイクロアレイ

【研究成果の概要】

グルコース飢餓ストレス応答性の長鎖非コードRNA(lncRNA)とアンチセンスRNA(asRNA)の役割や動態を解析した。その結果、対になって合成されるlncRNAとasRNAの間に相反的な発現制御があること、asRNAの発現制御にはヒストンH3K4のメチル化を介したクロマチン制御が関わること、asRNAが細胞質内でリボソームと結合し、ナンセンス仲介分解系で分解されること、lncRNAの抑制・脱抑制にlncRNAとTup型転写抑制因子の相互作用を介した制御が存在すること、マウス膵β細胞にも遺伝子上流から合成され、遺伝子発現上昇と共役するlncRNA転写が複数見られることなどを明らかにした。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2014-04-01 - 2018-03-31

【配分額】16,640千円 (直接経費: 12,800千円、間接経費: 3,840千円)

【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】ゲノム生物学

【研究領域課題番号】23510234 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

mRNA品質管理 / 生殖細胞 / エキソン連結部複合体 / 細胞質スプライシング / 線虫 / 異常スプライシング / 性決定遺伝子 / RNA品質管理 / 遺伝子 / 核酸 / ゲノム / 発現制御 / 性決定

【研究成果の概要】

mRNA前駆体のスプライシング後のエキソン連結部に形成されるエキソン連結部複合体（EJC）の構成タンパク質であるY14の発現を阻害した線虫C. elegansでは、イントロンを含むスプライシング未完了RNAが細胞質に漏出することが明らかになった。さらに、これらのスプライシング未完了RNAの中には、細胞質において小胞体タンパク質IRE-1によってプロセシングを受けるものが存在することが示唆された。以上の結果は、Y14を含むEJC中核因子がイントロンを含むRNAの核外漏出を防ぐことによって、遺伝子発現の正確性を保証するゲートキーパーとしての新規機能を持つことを示唆している。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2011 - 2013

【配分額】5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円)

【研究分野】創薬化学

【研究領域課題番号】23790126 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ゲノム創薬 / 大腸がん / 分子標的治療 / ヒストン修飾 / 発現制御 / ゲノム

【研究成果の概要】

大腸癌細胞におけるブロモドメインタンパク質BRD8の発現亢進には、脱ユビキチンン化による分解抑制機構が関与していることが明らかとなった。また、BRD8ノックダウン細胞の遺伝子発現プロファイル解析は、BRD8が癌の悪性化に関わっていることを示唆し、BRD8が有望な癌治療の標的となりうる知見を得た。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2011 - 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】小児科学

【研究領域課題番号】23390272 (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 / エピゲノム / レット症候群 / MeCP2 / 遺伝子発現 / 修復治療 / 化合物 / バルプロ酸ナトリウム / 自閉症 / 神経疾患 / iPS / 遺伝子 / 治療 / ゲノム / 脳神経疾患 / 発現制御 / トランスレーショナルリサーチ

【研究成果の概要】

エピゲノムには、ゲノムにはない可逆性が存在する。そこで、エピゲノム異常に起因する発達障害疾患（Rett症候群）を対象にエピゲノム修復治療の可能性を検証した。当初、個々の遺伝子に作用する化合物の作製を予定したが、修復対象遺伝子が多数想定されたことから、グローバルな作用を有する化合物の探索を行った。その結果、本症に使用されている抗てんかん薬に多数の遺伝子を対象にしたエピゲノム修復を介した発現回復作用があることが神経培養細胞で判明した。さらにこの薬剤以上の作用を有する新規化合物を２種見いだした。この効果が新規に本症患者から作製したiPS細胞で確認できれば、本症の新たな治療薬候補になると考えられた。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2011-04-01 - 2014-03-31

【配分額】18,330千円 (直接経費: 14,100千円、間接経費: 4,230千円)

【研究分野】生体生命情報学

【研究領域課題番号】22240032 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

プロモーター / 転写制御 / バイオインフォマティクス / ゲノム生物学 / 合成生物学 / 生体生命情報学 / ゲノム / 発現制御 / モデル化

【研究成果の概要】

与えられた培養細胞において、与えられた転写強度を示すプロモーターのDNA塩基配列を体系的に設計する計算手法を開発した。この手法を用いることによって、わずか2箇所に塩基置換を導入することで、培 養 細 胞HEK293TにおけるヒトCREプロモーターの転写強度を~2.5倍に引き上げる改変プロモーターの設計に成功した。一方で、ヒトIFNBプロモーターのように、転写因子の結合部位(TFBS)が互いに重複している場合には、設計が極めて難しくなることが明らかになった。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2010 - 2012

【配分額】50,050千円 (直接経費: 38,500千円、間接経費: 11,550千円)

【研究分野】ゲノム生物学

【研究領域課題番号】22710183 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ゲノム / ChIP-seq / 転写制御 / クロマチン / 発現制御

【研究成果の概要】

クロマチン構造は遺伝子の発現制御に重要な役割を持ち、細胞の状態や環境の変化とともに再構築され得る。本研究では加齢に伴うクロマチン構造変化の分子機構とその役割の理解を目的として、ほ乳類の脳においてクロマチン構造の構築に関わる因子のゲノム上の結合位置をChIP-seq法を用いて網羅的に同定することを試みた。その結果、脳の可塑性が高まる臨界期には、必須の転写因子Otx2とクロマチンの高次構造を司るコヒーシンが協調して遺伝子発現を制御する可能性が示唆された。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2010 - 2012

【配分額】6,110千円 (直接経費: 4,700千円、間接経費: 1,410千円)

【研究分野】分子生物学

【研究領域課題番号】21570185 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

遺伝子 / 発現制御 / ゲノム / クロマチン / ヌクレオソーム / 転写制御 / DNA構造 / ヒストン / 出芽酵母 / 酵母

【研究成果の概要】

遺伝子発現におけるクロマチン機能に関する重要な問題の一つは、ヌクレオソームの配置決定とそのダイナミクスの機構である。本研究では、転写制御に着目し、出芽酵母ゲノム及びミニ染色体において、ヌクレオソームの配置を規定するシス因子としていくつかのDNAリピート配列を同定した。また、トランス因子としてクロマチンリモデリングIsw2複合体、ヒストン脱アセチル化酵素Rpd3、ピストンH3バリアントの機能を解析した。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2009 - 2011

【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】植物分子生物・生理学

【研究領域課題番号】20370019 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

植物分子機能 / 発現制御 / small RNA / RNAサイレンシング / 植物ウイルス / Pボディー / 細胞質顆粒 / AGOタンパク質 / miRNA / ARGONAUTEタンパク質 / Processing body / RISC / SGS3/RDR6 body / ウイルス / tasiRNA / P-body / RNA移動 / ゲノム / RNA / ストレス

【研究成果の概要】

植物の発生、環境応答に大きな寄与が示されている小分子RNAの機能発現を、関与するタンパク質性因子に注目した形で発現部位、局在、相互作用、動きについての解析をおこなった。miRNA,siRNAさらに植物固有に見られるtasiRNAの生合成、機能発現部位についての基本情報を得ること、さらに今後につながる研究材料の構築をすることができた。細胞質に小分子RNAによる機能発現の場として、Processing BodyとSGS3/RDR6 bodyを見いだした。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2008 - 2010

【配分額】18,330千円 (直接経費: 14,100千円、間接経費: 4,230千円)

【研究分野】分子生物学

【研究領域課題番号】19570169 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ゲノム / 遺伝子 / 発現制御 / 転写制御 / クロマチン / ヌクレオソーム / ヒストン / 酵母

【研究成果の概要】

真核生物のゲノムDNAはヒストンと結合し、ヌクレオソーム、クロマチンとして核内に収納されている。遺伝子発現におけるクロマチンの機能を明らかにすることを目的として、まず、ヒト由来His_6タグ付ヒストンH3バリアントを酵母で発現させ、それを含む酵母ミニ染色体を容易に精製する系を構築した。さらに、ゲノム遺伝子座におけるヌクレオソーム配置のダイナミックな変化が、転写制御に本質的な機能を有することを示した。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2007 - 2008

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