【研究領域課題番号】19K21177 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

クロマチン / DEK / 癌 / ヌクレオソーム / エピジェネティクス / クライオ電子顕微鏡 / X線結晶構造解析

【研究成果の概要】

遺伝情報の担体であるゲノムDNAは、クロマチン構造をとって細胞核内に収納されている。クロマチン構成因子であり、がん遺伝子であるDEKは、クロマチン構造に作用することで、転写、スプライシング、DNA修復などの多様な核内プロセスに関与し、クロマチンの恒常性を担保すると考えられている。そこで本研究では、DEKが形成するクロマチン構造を解明することを目的とし、DEK-クロマチン複合体を試験管内において再構成し、構造生物学的、生化学的解析を行った。研究の結果、DEK-クロマチン複合体の立体構造を決定し、DEKによる特徴的なクロマチン構造制御機構が明らかになった。

【研究の社会的意義】

クロマチンは、多様な構造変化を介して転写や、複製、DNA修復などの広範な核内プロセスを制御することで、発生、老化、癌化などの複雑な生命現象を実現する。しかしながら、クロマチンがどのように構造変換されるのかについては未だ不明な点が多い。本研究では、クロマチンに結合するがん遺伝子DEKによるクロマチン制御機構の一端を解明した。本知見は、核内におけるクロマチン制御機構の知識を深化するものであり、多様な核内プロセスが調節されるメカニズムを考える一助となる。また、癌におけるDEKの作用機序と、癌に対する創薬への知見を提供する。

【研究種目】研究活動スタート支援

【研究期間】2019-04-01 - 2020-03-31

【配分額】2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)

【研究領域課題番号】18H04026 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

発癌 / 脱分化 / 細胞初期化 / 発がん / エピジェネティクス / がん / 細胞老化 / マウスモデル / エンハンサー / 肉腫 / iPS細胞 / リプログラミング / 遺伝子改変マウス / reprogramming / kras / mouse / epigenetics / pancreatic cancer / iPS / エピゲノム

【研究成果の概要】

がん細胞では、正常由来細胞の特徴を失い、しばしば個体発生過程の前駆細胞に類似した性質を示す。しかしながら、この「細胞脱分化」が発がんの「原因」の一つなのか、単に「結果」なのかについては、明らかにされていなかった。本研究では、リプログラミング技術とマウスの発生工学を駆使した先進的なマウスモデルを作製し、積極的に細胞脱分化を誘導した。発がんモデルと組み合わせることで、脱分化が実際に発がんの原因となることを実験的に示した。

【研究の社会的意義】

我が国の死因の約1/3はがんによる。なかでも膵癌は有効な治療法がなく最も予後が悪いがんである。本研究では、膵癌発生の新たなメカニズムを提唱した。また、がんの原因は遺伝子変異の蓄積であると考えられているが、本研究により、遺伝子配列の異常のみならず周囲環境の変化に応じたエピゲノム制御の変化が非常に重要であることを示した。さらに、細胞の脱分化に関わるエピゲノムを標的としたがん治療の可能性を提示した。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2018-04-01 - 2021-03-31

【配分額】44,590千円 (直接経費: 34,300千円、間接経費: 10,290千円)

【研究分野】薬学およびその関連分野

【研究領域課題番号】17K19479 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

触媒 / エピゲノム / タンパク質翻訳後修飾 / ヒストンアシル化 / 遺伝子転写 / 翻訳後修飾 / 化学触媒 / アセチル化 / エピジェネティクス / アシル化 / ヒストン / 染色体 / 蛋白質 / 化学修飾 / がん

【研究成果の概要】

生命は生体分子と化学反応のネットワークから発現する。生体内の化学反応には酵素が介在し、酵素の機能異常、あるいはそれにより引き起こされる生体内化学反応の異常が、生体恒常性の損失や疾患に密接に関与している。本研究の目的は、遺伝子転写を正に制御する翻訳後修飾であるヒストンタンパク質のリジンアセチル化に焦点を当て、生体内での人工化学触媒反応によって酵素非依存的にヒストンアセチル化を導入することを目的とする。本研究では、化学触媒DSHが、生細胞内でヒストンを含む内在性タンパク質の特定の残基を選択してアセチル化を進行させることを見い出した。さらに、DSHよりも活性の高い化学触媒HXAの開発をおこなった。

【研究の社会的意義】

生命現象は有機分子と化学反応のネットワークから発現し、そのネットワーク異常が病態を引き起こす。生体内の化学反応は通常、酵素により促進されるが、酵素の機能を代替する化学触媒をつくることを目的として研究をおこなっている、本研究では、遺伝子転写を正に制御するヒストンタンパク質のリジンアシル化を促進する化学触媒を開発した。これにより、エピゲノムを化学的に制御することによる病態治療の端緒を拓いた。

【研究種目】挑戦的研究(萌芽)

【研究期間】2017-06-30 - 2020-03-31

【配分額】6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)

【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】生体関連化学

【研究領域課題番号】15H02190 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

DNA / メチル化 / 脱メチル化 / ヒストン / 金属反応 / ペプチド合成 / エピジェネティクス / 化学合成 / イメージング / DNAメチル化 / 金属錯体 / RNA修飾 / ＤＮＡメチル化 / ＲＮＡ修飾 / 核酸 / 有機化学 / 癌 / ゲノム / バイオテクノロジー

【研究成果の概要】

われわれが開発した化学反応を基礎にして、高効率なエピジェネティクス検出研究を進めた。成果は次の通り。課題(i) 腫瘍不均一性を解くためのDNA反復配列に現れるメチル化の超高輝度検出、課題(ii) 腫瘍術後診断を効率化するDNA脱メチル化特異的反応生成物の超高性能分析、課題(iii) 遺伝子発現を制御するヒストン構造の化学的再現と解析

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2015-04-01 - 2018-03-31

【配分額】42,770千円 (直接経費: 32,900千円、間接経費: 9,870千円)

【研究分野】実験病理学

【研究領域課題番号】24390096 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

iPS細胞 / エピジェネティクス / リプログラミング / がん / エピゲノム / 脱分化 / 細胞分化 / 分化 / 癌

【研究成果の概要】

生体内で細胞初期化を誘導可能な4つの転写因子、Oct3/4, Sox2, Klf4, Mycを強制発現可能なマウスを作製した。生体内で体細胞が初期化できるマウスに不完全な細胞初期を誘導すると、小児芽腫に類似した癌が発生することを見いだした。発生した腎臓腫瘍細胞をFACSにて回収後、再度初期化因子を誘導することで腫瘍細胞からiPS細胞が樹立可能であった。腎臓腫瘍細胞由来iPS細胞で作製したキメラマウスでは、非腫瘍性の腎臓に寄与していることが確認された。iPS細胞の樹立、再分化には遺伝子配列の変化は必要としないことから、エピゲノム制御の変化が本発がん過程に重要な役割を果たしていることが示唆された。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2012-04-01 - 2015-03-31

【配分額】18,720千円 (直接経費: 14,400千円、間接経費: 4,320千円)

【研究分野】腫瘍生物学

【研究領域課題番号】23701047 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

癌 / 組織・細胞 / ストレス / エピジェネティクス / ヒストン / 細胞・組織 / ヒストン修飾

【研究成果の概要】

癌の進展には腫瘍微小環境が重要な役割を果たす。我々は、低酸素・低栄養という腫瘍微小環境が（１）腫瘍細胞の増殖、転移能を促進すること（２）免疫系を制御すること（３）ヒストン脱メチル化酵素(JMJD1A, JHDM1D)が腫瘍増殖や血管新生を制御すること（４）JMJD1A阻害が血管新生阻害剤と相乗効果を示すことを報告してきた。このことから低酸素・低栄養に抵抗性な癌細胞を標的とすることが新規制癌法の開発に繋がることが示唆された。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2011 - 2013

【配分額】2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)

【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】消化器外科学

【研究領域課題番号】22390255 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

小腸大腸肛門外科学 / 癌 / エピゲノム / エピジェネティクス / マイクロアレイ / 次世代シーケンサー / 情報工学

【研究成果の概要】

胃癌は網羅的DNAメチル化解析により3群のエピジェノタイプに分類され、EBウィルス感染実験によりEBウィルス感染そのものが超高メチル化群の原因であることを証明した。大腸癌前癌病変を解析し、癌で認めたDNAメチル化エピジェノタイプは腺腫の段階ですでに完成しており、1%を占める鋸歯状腺腫がBRAF変異と強く相関する高メチル化群の前癌病変であり、99%を占める非鋸歯状腺腫がKRAS変異と強く相関する中メチル化群、および低メチル化群の2群の前癌病変であった。大腸異常陰窩は癌遺伝子変異はあったがメチル化異常の蓄積は非常に低レベルであった。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2010 - 2012

【配分額】19,110千円 (直接経費: 14,700千円、間接経費: 4,410千円)

【研究分野】衛生学

【研究領域課題番号】20790425 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

生活習慣 / 癌 / 分子疫学 / DNAメチル化 / エピジェネティクス / LINE-1 / 遺伝子 / 社会医学 / LINE1 / 発癌 / 葉酸

【研究成果の概要】

地域一般住民206名から1989年に提供された保存血清を用いて、DNAメチル化と生活習慣および発癌リスクとの関連を検討した。その結果、長鎖散在反復配列LINE-1のメチル化レベルが男性で1%程度高いことが示されたが、運動を除く生活習慣や発癌との関連は明らかとはならなかった。本研究では、血清DNAのLINE-1メチル化と生活習慣・発癌の関連が限定的である点、長期保存された血清を用いたDNAメチル化研究の可能性が示唆された。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2008 - 2010

【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】消化器外科学

【研究領域課題番号】19390345 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

胃十二指腸外科学 / 癌 / エピゲノム / エピジェネティクス / マイクロアレイ / 情報工学

【研究成果の概要】

タイリングアレイを用いたDNAメチル化網羅的解析および質量分析機MassARRAYを用いたメチル化定量解析により、大腸癌では3つの異なるエピジェノタイプを同定し、肝癌ではC型肝炎ウィルス陽性肝癌に特異的にメチル化される遺伝子を同定した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2007 - 2009

【配分額】18,460千円 (直接経費: 14,200千円、間接経費: 4,260千円)