【研究領域課題番号】21K15108 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

生殖系列 / 精子形成 / エピゲノム / エンハンサー / 内在性レトロウイルス / KRAB-ZFP / 生殖細胞形成 / 転写制御 / レトロトランスポゾン

【研究成果の概要】

本研究の目的は、哺乳動物の精子形成過程における内在性レトロウイルス (ERVs) のエンハンサー活性を制御する分子機構を明らかにすることである。ERVsが減数分裂特異的にエンハンサー機能を発揮する機序として精子形成のマスター転写因子であるA-MYBが関与することが想定されるが、この詳細な作用機序は全く明らかにされていない。まず初めに、A-MYBがほとんど発現していないES細胞において単独発現誘導したところ、ERVエンハンサーの活性化および近傍遺伝子の発現上昇は見られなかった。これにより、A-MYBはERVエンハンサーの構築に必須であるものの、他の相互作用因子との共役が重要であることが想定された。そこで、減数分裂期においてA-MYBと共役し、ERVエンハンサーの活性化を担うクロマチン因子の同定を行うため、独自に作製したA-MYB C末端を認識するモノクローナル抗体を用いてマウス精巣の免疫沈降後質量分析を実施した。その結果、多くの転写因子ならびにクロマチン結合因子がA-MYBと相互作用することが明らかになった。さらに各組織におけるA-MYB相互作用因子の発現解析結果から、大部分が精巣特異的な発現を示すことが明らかになった。次いで、減数分裂期以前の精原細胞においてERVエンハンサーの抑制機構を担う分子として、ERVエンハンサー配列へ高い結合親和性をもつ新規KRAB-Zincフィンガー (KZFP) に着目した。本KZFPの機能を明らかにするため、生殖系列特異的に恒常的な発現が誘導されるトランスジェニックマウスを作製し、ERVエンハンサーの機能阻害が生じるかどうかの検証を行ったところ、予想に反して本KZFPの過剰発現はERVエンハンサーの活性に全く影響を与えなかった。このことは、精原細胞期におけるERVエンハンサーの抑制には別のKZFPが機能していることを示唆している。

【研究種目】若手研究

【研究期間】2021-04-01 - 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)

【研究領域課題番号】18K16192 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

脂肪細胞 / 転写制御 / 遠位エンハンサー / クロマチン3次元構造解析 / 糖尿病 / 肥満 / エピゲノム

【研究成果の概要】

脂肪細胞分化において重要な役割を果たすPPARγによるC/EBPα遺伝子の転写制御機構は不明であった。本研究ではクロマチン3次元構造の視点からゲノムワイドにバイアスなく脂肪細胞特異的な遺伝子発現制御機構を解明する目的で、3C法と次世代シークエンサーの組み合わせによるPromoter Capture Hi-C法によりプロモーター・エンハンサー間の近接関係の網羅的な解析を行い、3C法で見出していたC/EBPα遺伝子のプロモーターと下流の遠位領域との間の近接関係が確認されたことに加えて、新たなゲノム領域との間に近接関係が存在することが示唆された。

【研究の社会的意義】

次世代シークエンサーを用いた転写因子の結合領域やヒストン修飾領域のゲノムワイドな解析から、遺伝子発現の制御領域（エンハンサー）が遠位領域などゲノム上に広範囲に分布ことが明らかとなってきた。遠位エンハンサーは標的遺伝子のプロモーターとの間にクロマチンループを形成し、3次元空間上で近接して直接に相互作用することで発現制御を行うと考えられている。本研究はクロマチン3次元構造といった新しい視点からゲノムワイドにバイアスなく脂肪細胞特異的な遺伝子発現制御機構を解明する試みであり、新たな知見が得られることが期待される。

【研究種目】若手研究

【研究期間】2018-04-01 - 2020-03-31

【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】外科系歯学

【研究領域課題番号】17H05106 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

転写制御 / 骨発生 / Runx2 / エピゲノム / 転写因子 / 発生・分化 / 発現制御 / バイオインフォマティクス / 骨形成

【研究成果の概要】

転写因子Runx2は骨芽細胞の運命決定と軟骨細胞の肥大化に必須である。本研究では、新生仔マウスのin vivo骨芽細胞・軟骨細胞ゲノムにおいて、Runx2－DNA結合と細胞種特異的なエピジェネティックランドスケープとの統合解析を行った。これにより、骨芽細胞・軟骨細胞特異的なRunx2標的エンハンサー候補を同定した。さらに、その一部について機能検証を行い、骨形成におけるRunx2を介した転写制御機構の一端を解明した。

【研究の社会的意義】

転写因子Runx2は骨を形成する骨芽細胞の分化決定・成熟化を促進する作用と、軟骨組織に存在する軟骨細胞の分化・肥大化を進める作用を有しており、これらのメカニズム解明は、骨格組織の再生医療法の確立や疾患の分子病態の理解に必須である。本研究では、Runx2の骨芽細胞と軟骨細胞に対する作用メカニズムの一端を、ゲノムワイドな転写制御機構の観点から明らかにし、骨格再生に向けた基礎的知見を取得した。

【研究種目】若手研究(A)

【研究期間】2017-04-01 - 2020-03-31

【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】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】循環器内科学

【研究領域課題番号】26253049 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

分子心臓学 / エピゲノム / 遺伝子制御 / 分子心臓病学 / 転写制御 / 循環器 / ゲノム / 心不全 / 心筋細胞分化

【研究成果の概要】

我々は、未分化幹細胞が心筋細胞へと分化する過程、心筋細胞の機能が破綻する心不全発症の過程の両者におけるエピゲノム制御機構を解析した。まず分化に伴って活性化するWntシグナルの転写制御因子β-cateninが複数のエピゲノム制御因子と複合体を形成して中胚葉エンハンサーを活性化し下流の遺伝子プログラムを誘導することを明らかにした。さらに１細胞トランスクリプトーム解析とエピゲノム解析を統合することで、心臓への圧負荷によって活性化する転写因子群が心不全遺伝子プログラムを制御するエンハンサーを活性化することを見出した。本研究によりエピゲノムが心筋細胞の分化と破綻の両者を制御していることを明らかにした。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2014-04-01 - 2017-03-31

【配分額】41,600千円 (直接経費: 32,000千円、間接経費: 9,600千円)

【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)