【研究領域課題番号】18H04012 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

シナプス刈り込み / 生後発達 / 小脳 / プルキンエ細胞 / 登上線維 / エピジェネティクス / 遺伝子発現 / マウス

【研究成果の概要】

生後発達期の神経系におけるシナプス刈り込みは、動物が環境に適応するために神経回路を最適化する仕組みと考えられる。シナプス刈り込みには神経の活動が必須と考えられるが、神経の活動がどのような遺伝子発現を経てシナプス刈り込みを引き起こし、永続的な神経回路の変化として固定化されるのかはよくわかっていなかった。本研究では、マウスの小脳でみられるシナプス刈り込みをモデルとして、その仕組みを追及し、これに関わるエピジェネテイック因子や転写因子を同定した。

【研究の社会的意義】

シナプス刈り込みは、大脳皮質を含めた生後発達期の神経系で普遍的にみられる現象であり、正常な脳機能の発達に必須である。したがって、そのメカニズムの解明は、脳機能の発達の仕組みを理解するうえで極めて重要である。さらに、生後発達期のシナプス刈り込みの障害が自閉スペクトラム症の、また、思春期における過剰なシナプス刈り込みが統合失調症の発症に関連すると広く考えられており、これらの病態解明や治療法開発の点からも極めて重要である。シナプス刈り込みに関わることが知られている因子の中に精神神経疾患の関連遺伝子が含まれていることからも、その重要性が示唆される。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2018-04-01 - 2021-03-31

【配分額】44,720千円 (直接経費: 34,400千円、間接経費: 10,320千円)

【研究領域課題番号】18H03379 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

内分泌かく乱 / 甲状腺ホルモン / 脳発達 / 内分泌かく乱化学物質 / エピゲノム / エストロゲン / 核内受容体 / 遺伝子発現 / エピジェネティック

【研究成果の概要】

環境化学物質による甲状腺ホルモン(TH)のシグナル伝達経路への修飾作用を，in silicoから行動解析までを用いて調べた。用いる予定だった水酸化PCBが処理の問題から使用できなくなりイソフラボン，PFOS，ガドリニウム造影剤などを用いた。イソフラボンはTH受容体およびエストロゲン受容体などのクロストークにより作用し，神経突起進展やアストロサイト移動を修飾した，PFOSは曝露で種々の行動異常を生じ，TH標的細胞のプルキンエ細胞の長期抑制を抑制した。ガドリニウム造影剤はイソフラボンと同様に複数の受容体のクロストークを介し，特にTH膜受容体であるインテグリンαvβ3のシグナル伝達系をかく乱した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2018-04-01 - 2022-03-31

【配分額】16,770千円 (直接経費: 12,900千円、間接経費: 3,870千円)

【研究分野】腫瘍治療学

【研究領域課題番号】17K07214 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

大腸がん / 分子標的治療 / エピジェネティクス / ブロモドメイン / 遺伝子発現 / ゲノム

【研究成果の概要】

我々はこれまでに、ブロモドメインタンパク質ファミリーに属するBRD8が腫瘍組織で発現増加していることや、BRD8が調節する遺伝子群を明らかにしてきたが、その主要な機能ドメインであるブロモドメインについては不明な点が多かった。本研究において、細胞内でBRD8がヒストンタンパク質と相互作用すること、さらに既に開発されているブロモドメイン阻害剤（BETファミリー阻害剤）に対して感受性を示さないことが明らかとなった。加えて、BRD8ノックアウト大腸がん細胞はスフェロイド形成を抑制することが明らかになった。BRD8の機能阻害は大腸がんの有力な治療戦略になり得る可能性が示唆された。

【研究の社会的意義】

アセチル化修飾を受けたタンパク質を認識するブロモドメインは、有望な創薬（druggable）ターゲットである。BRD8はアミノ酸配列の違いから、創薬開発が進んでいるBETファミリー(BRD2、BRD3、BRD4およびBRDT)のブロモドメインとは区別され、その生物学的な役割は不明な点が多かった。これまでの我々の研究成果は、がんの発生や進展におけるBRD8の関与を裏付けるものであり、今後、BRD8のエピジェネティック情報認識機能や転写調節機能を標的（阻害）とする新しい抗がん剤開発への展開が期待される。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2017-04-01 - 2020-03-31

【配分額】4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円)

【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】消化器内科学

【研究領域課題番号】15K08987 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

肝細胞癌 / 幹細胞性 / シングルセル解析 / エピゲノム解析 / 癌幹細胞 / エピジェネティクス / 遺伝子発現

【研究成果の概要】

FACSにより濃縮した肝細胞癌幹細胞様分画の遺伝子解析を行い、幹細胞様分画の特徴的な遺伝子発現プロファイルを明らかにした。すでに他癌種の癌幹細胞に高発現している特徴的な表面マーカー遺伝子は必ずしも発現しておらず、本細胞株での幹細胞様分画に特徴的な表面マーカーが存在することも明らかとなった。シングルセル解析では、個々の細胞の発現レベルにはかなり不均一性が存在することが明らかになり、細胞周期による発現変動が最も大きなファクターであった。少量細胞によるエピゲノム修飾解析ではプロモーターおよびエンハンサーマークの解析により、細胞周期関連遺伝子で転写制御の違いが確認できた。

【研究の社会的意義】

肝癌組織の不均一性の要因の一つである幹細胞特性の分子生物学的特徴を明らかにした。遺伝子発現レベルに加えて発現制御に関与するエピゲノムプロファイルを取得した。ゲノム変異と異なり、エピゲノム制御異常は可逆的な治療介入が理論的に可能であり、新たな治療戦略につながる基盤的情報となることが期待される。また、本研究で候補にあがった新規の細胞表面マーカーは、治療中の癌細胞集団を流血細胞中から間接的にモニターできる可能性を潜在的に有しており、分子生物学的層別化に基づく個別化医療戦略に、あらたな情報を与えることができると考える。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2015-04-01 - 2019-03-31

【配分額】4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円)

【研究分野】植物分子・生理科学

【研究領域課題番号】26291056 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

Arabidopsis / leaf development / linc RNA / AS2 and AS1 / gene body methylation / DNA methylation / nucleolar bodies / epigenetics / ノンコーディングRNA / AS1-AS2 / 遺伝子発現制御 / 葉分化 / シロイヌナズナ / 発生・分化 / 遺伝子発現 / 小分子 RNA / 遺伝子発現機構

【研究成果の概要】

我々はAS2と長鎖ノンコーディング（linc）RNAを基軸としてシロイヌナズナの葉の表・裏が形成される仕組みを研究したが、linc RNAの同定は不成功だった。一方、linc RNA と関連している次の様な研究が進んだ。1. AS2 は核小体近傍で顆粒（AS2 body）を形成する。AS2のCxxC ジンクフィンガー様配列（ZFL 配列）は、AS2 body形成と葉の発生に必要だった。2. AS2 はZFL配列依存的に標的遺伝子であるETTのエキソン1に結合した。3. ETTのエキソン6にあるCGは90%以上メチル化されていた。AS2と3つの核小体蛋白質はCG のメチル化の維持に必要だった。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2014-04-01 - 2018-03-31

【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】病態医化学

【研究領域課題番号】26860206 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

分子標的治療 / 大腸がん / 遺伝子発現 / エピジェネティクス / ゲノム

【研究成果の概要】

大腸がんで発現亢進を認めるブロモドメインタンパク質BRD8は、エピジェネティックな遺伝子発現調節に深く関わっているものと考えられるが、その標的となる遺伝子は明らかになっていない。本研究では遺伝子発現データ、ChIP-seqデータ、さらにChIA-PETデータを統合解析することにより、BRD8が直接制御する49遺伝子を同定した。この遺伝子群には、がんの発生や進展に関わる重要なシグナル経路を制御する遺伝子が含まれていた。BRD8はヒストンアセチル化酵素TIP60複合体の構成因子であることから、BRD8あるいはこの複合体を標的とする治療戦略は、新たながんの分子標的薬開発に役立つものと期待される。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2014-04-01 - 2016-03-31

【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】ゲノム生物学

【研究領域課題番号】25290063 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

発声学習 / 学習臨界期 / ソングバード / 自発的行動 / 自発的学習 / 遺伝子発現制御 / エピジェネティクス / 遺伝子発現 / 神経可塑性 / 感覚運動学習 / 次世代シークエンス / 発声行動 / 時空間制御 / DNAメチル化 / 神経活動依存的遺伝子発現

【研究成果の概要】

鳴禽類の囀りはヒトの言語獲得と同様に、学習臨界期をもつ発声学習によって獲得される。しかし、その発声学習臨界期を制御する神経メカニズムの理解は進んでいない。本研究では、鳴禽類の一種zebra finchを用いて、学習臨界期中の発声練習を阻害することで、正常個体で学習臨界期が終了している成鳥時においても発声学習能していることを見出した。この日齢非依存的な発声学習能は、哺乳類運動野第5層に相当する神経細胞において誘導される70個にも上る神経活動依存的な遺伝子群の発現誘導能と強い相関が見られた。その発現誘導能がいかに制御されるか、DNAメチル化、ヒストン修飾制御の観点からの検証実験が必要である。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2013-04-01 - 2017-03-31

【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】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】血液内科学

【研究領域課題番号】23659485 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

好中球 / ATL / エピジェネティクス / メチル化 / 遺伝子発現 / DNAメチル化

【研究成果の概要】

HTLV-1感染細胞が成人T細胞白血病・リンパ腫の腫瘍細胞へ多段階のステップを経て進展して行く過程を細胞表面のCD7、および癌抑制遺伝子産物であるCADM1の発現量の変化で解析できることを明らかにし、遺伝子のメチル化の網羅的解析の結果、この過程の変化は遺伝子のメチル化によって制御されていることが示唆された。腫瘍化の中間段階の細胞は無症候性キャリアの段階からすでに出現していた。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2011 - 2012

【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】機能生物化学

【研究領域課題番号】22570137 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ホルモンと生理活性物質 / 肝細胞増殖因子 / 癌 / ID1 / 不可逆的増殖停止 / Skp2 / Myc / 遺伝子発現 / エピジェネティクス / シグナル伝達 / 除放剤 / 転写制御 / プロモーターアッセイ / HepG2

【研究成果の概要】

癌遺伝子ID1は、ヒト肝癌細胞株HepG2において肝細胞増殖因子HGFにより発現量が減少する。本成果により、ユビキチン転移酵素E3の構成因子Skp2のHGFによる発現減少が、ID1量を制御することを見出した。一方、Skp2によるID1量の制御はユビキチン化とは関係がなく、Skp2による転写因子Mycの活性化により転写レベルで制御されていた。また、HGF刺激によりHepG2細胞は不可逆的増殖停止に至るが、この時に発現遺伝子群が大きく変化すること、ヒストンH3K9me3の核内局在部位が変わること、その制御にH3K9メチル化酵素G9aが係わること、HGFによりG9aが増加することを見出し、Skp2/Myc/ID1が癌細胞の不可逆的増殖停止に係わる可能性を得た。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2010 - 2012

【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】精神神経科学

【研究領域課題番号】13307027 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

精神疾患 / メチル化機構 / 一卵性双生児不一致例 / 統合失調症 / メチルシトシン総量 / 双極性障害 / XBP1 / 自閉症 / メチル化 / 組織特異性 / FRGP / ゲノム差異 / 遺伝子発現 / 一卵性双生児 / 成因 / エピジェネティックス / メチレーション / ゲノム解析

【研究成果の概要】

1.統合失調症とメチル化
(1)総メチルシトシン含量:統合失調症患者と健常対照者各200人の白血球DNAをHPLCで測定した。有意な性差(男>女)を認め、男性患者は健常男性よりも有意に低値であり、若年者では顕著であった。
(2)盤及び成人末梢白血球DNAで調べた。プロモーター周辺にCpG islandを持つ遺伝子は全組織で非メチル化状態、CpG islandを持たない遺伝子は組織間で顕著なメチル化状態の差異を示した。また、個体間相異も認めた。(Nakamura et al., J Hum Genet,2003;Fuke et al. Ann Hum Genet, in press)
(3)FRGP (Fluorescent Restriction Genomic Profiling)による一卵性双生児のゲノム差異:メチル化感受性のEaglを制限酵素とするFRGPにより、昨年の自閉症に続いて、統合失調症と双極性障害不一致例で、複数のDNAフラグメントの差異を見出し、そこから自閉症2個、他は1個の遺伝子を同定した。
(4)双生児ゲノム差異とメチル化:自閉症の1つの遺伝子は、患者のメチル化が大であった。
以上のごとく、精神疾患成因へのメチル化の関与が強く示唆された。
2.双極性障害感受性遺伝子の発見:リンパ芽球の遺伝子発現をDNAマイクロアレイで解析、2組の一卵性双生児双極性障害不一致例の罹患双生児で共通して低下していた遺伝子群から、双極性障害感受性遺伝子XBP1(日本人双極性障害のオッズ4.6)を同定した。双極性障害ではXBP1を含む小胞体ストレス制御機構が低下していたが、バルプロ酸は正常化した。小胞体ストレス制御機能は気分安定薬開発の新しい標的と考えられた。メチル化を含む不一致原因解明は今後の課題である(Kakiuchi et al., Nature Genetics,2003)。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2001 - 2003

【配分額】52,000千円 (直接経費: 40,000千円、間接経費: 12,000千円)