Stage-specific roles of Notch signaling on induction of T cell development from hematopoietic progenitor cells

• Project/Area Number: 19H03692
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 54010:Hematology and medical oncology-related
• Research Institution: Tokai University
• Principal Investigator: 細川 裕之 東海大学, 医学部, 准教授 (60431756)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 遠藤 裕介 公益財団法人かずさDNA研究所, 先端研究開発部, 室長 (80612192)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥17,160,000 (Direct Cost: ¥13,200,000、Indirect Cost: ¥3,960,000); Fiscal Year 2023: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000); Fiscal Year 2022: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000); Fiscal Year 2021: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000); Fiscal Year 2020: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000); Fiscal Year 2019: ¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000)
• Keywords: Notchシグナル / T前駆細胞 / 造血幹細胞 / 転写因子ネットワーク / 発生段階特異的 / T細胞 / 細胞運命決定 / 転写因子 / 遺伝子発現制御 / 系列決定 / T細胞初期分化 / 細胞の運命決定 / プロテオミクス解析

Outline of Research at the Start

造血幹細胞からTリンパ球への分化に必須のNotchシグナルは、発生段階特異的に異なるターゲット遺伝子の発現を制御している。本研究では、ステージ特異的な、(1)Notch細胞内ドメイン会合分子の同定、(2)Notchノックアウト細胞のトランスクリプトーム解析、(3)NotchおよびRbpjのChIPシークエンス解析、を組み合わせることで、ステージ特異的な転写因子と外界からのシグナルであるNotchシグナルとの相互作用を包括的に理解し、造血幹細胞からTリンパ球への分化誘導においてNotchシグナルが発生段階特異的な機能を発揮する分子メカニズムの解明を目指す。

Outline of Annual Research Achievements

造血幹細胞からTリンパ球への分化には、胸腺微小環境からのNotchシグナルが必須である。胸腺移入直後の初期ProT細胞において、Notchシグナルは転写因子Tcf7やGATA3、Bcl11bの発現を誘導することで、T前駆細胞の持つB細胞や自然リンパ球やミエロイド系列への分化能を排除し、T細胞への運命を決定づける。T細胞への運命決定がなされた後期ProT細胞では、Rag1やRag2といったT細胞受容体の遺伝子再構成に関わる遺伝子群の発現がNotchシグナル依存的に誘導される。しかし、初期ProT細胞でNotch依存的にコントロールされていたTcf7やGATA3、Bcl11bはNotchシグナル非依存的に発現が維持される。そこで、本研究では、Notchシグナルがどのように発生段階特異的な機能を発揮するのか、T細胞初期分化をモデルとし、その分子メカニズムを明らかにする事を目的とする。
昨年度までに、CRISPR/Cas9システムによりステージ特異的なNotchノックアウトProT細胞のRNA-seq解析を行い、多くの発生段階特異的なNotchターゲット遺伝子を同定した。また、初期ProT細胞と後期ProT細胞を用いてNotch1-ICおよびNotch2-ICに対するChIP-seq解析を行い、Notch-IC転写因子複合体が結合するゲノム領域がProT細胞の発生段階によってダイナミックに変化する事を明らかにした。さらに、T細胞分化プログラムを発動するNotchシグナルの中でもNotch1とNotch2が機能的な差異を持つメカニズムの解析を行い、Notch1-ICおよびNotch2-ICが形成する転写因子複合体のプロテオミクス解析から機能的なNotch複合体の形成能に違いがあることを見出した。

Research Progress Status

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] カリフォルニア工科大学/イリノイ大学(米国)
• [Int'l Joint Research] カリフォルニア工科大学(米国)
• [Int'l Joint Research] Caltech(米国)
• [Int'l Joint Research] California Institute of Technology(米国)
• [Int'l Joint Research] カリフォルニア工科大学 生物学部門(米国)
• [Journal Article] Transcription factor Zbtb1 interacts with bridging factor Lmo2 and maintains the T-lineage differentiation capacity of lymphoid progenitor cells (2022)
  • Author(s): Koizumi Maria、Kama Yuichi、Hirano Ken-ichi、Endo Yusuke、Tanaka Tomoaki、Hozumi Katsuto、Hosokawa Hiroyuki
  • Journal Title: Journal of Biological Chemistry Volume: 298 Issue: 11 Pages: 102506-102506
  • DOI: 10.1016/j.jbc.2022.102506
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Liver group 2 innate lymphoid cells regulate blood glucose levels through IL-13 signaling and suppression of gluconeogenesis (2022)
  • Author(s): Fujimoto Masanori、Yokoyama Masataka、Kiuchi Masahiro、Hosokawa Hiroyuki、Nakayama Akitoshi、Hashimoto Naoko、Sakuma Ikki、Nagano Hidekazu、Yamagata Kazuyuki、Kudo Fujimi、Manabe Ichiro、Lee Eunyoung、Hatano Ryo、Onodera Atsushi、Hirahara Kiyoshi、Yokote Koutaro、Miki Takashi、Nakayama Toshinori、Tanaka Tomoaki
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 13 Issue: 1 Pages: 1-21
  • DOI: 10.1038/s41467-022-33171-6
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] GLS2 Is a Tumor Suppressor and a Regulator of Ferroptosis in Hepatocellular Carcinoma (2022)
  • Author(s): Suzuki Sawako、Venkatesh Divya、Kanda Hiroaki、Nakayama Akitoshi、Hosokawa Hiroyuki、Lee Eunyoung、Miki Takashi、Stockwell Brent R.、Yokote Koutaro、Tanaka Tomoaki、Prives Carol
  • Journal Title: Cancer Research Volume: 82 Issue: 18 Pages: 3209-3222
  • DOI: 10.1158/0008-5472.can-21-3914
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Transcription factors regulate early T?cell development via redeployment of other factors (2021)
  • Author(s): Hosokawa Hiroyuki、Masuhara Kaori、Koizumi Maria
  • Journal Title: BioEssays Volume: 43 Issue: 5 Pages: 2000345-2000345
  • DOI: 10.1002/bies.202000345
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Notch signaling supports the appearance of follicular helper T cells in the Peyer's patches concomitantly with the reduction of regulatory T cells (2021)
  • Author(s): Yazawa M, Hosokawa H, Koizumi M, Hirano KI, Imai J, Hozumi K.
  • Journal Title: Int Immunol Volume: 33(9) Issue: 9 Pages: 469-478
  • DOI: 10.1093/intimm/dxab032
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Stage-specific action of Runx1 and GATA3 controls silencing of PU.1 expression in mouse pro-T cells (2021)
  • Author(s): Hosokawa Hiroyuki、Koizumi Maria、Masuhara Kaori、Romero-Wolf Maile、Tanaka Tomoaki、Nakayama Toshinori、Rothenberg Ellen V.
  • Journal Title: Journal of Experimental Medicine Volume: 218(8) Issue: 8 Pages: 1-16
  • DOI: 10.1084/jem.20202648
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] LMO2 is essential to maintain the ability of progenitors to differentiate into T-cell lineage in mice (2021)
  • Author(s): Hirano K., Hosokawa H., Koizumi M., Endo Y., Yahata T., and Hozumi K
  • Journal Title: eLife Volume: 10
  • DOI: 10.7554/elife.68227
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Dll1 Can Function as a Ligand of Notch1 and Notch2 in the Thymic Epithelium (2021)
  • Author(s): Hirano KI, Hosokawa H, Yahata T, Ando K, Tanaka M, Imai J, Yazawa M, Ohtsuka M, Negishi N, Habu S, Sato T, Hozumi K.
  • Journal Title: Front Immunol Volume: 13 Pages: 852427-852427
  • DOI: 10.3389/fimmu.2022.852427
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Runx1 and Runx3 drive progenitor to T-lineage transcriptome conversion in mouse T cell commitment via dynamic genomic site switching (2021)
  • Author(s): Shin Boyoung、Hosokawa Hiroyuki、Romero-Wolf Maile、Zhou Wen、Masuhara Kaori、Tobin Victoria R.、Levanon Ditsa、Groner Yoram、Rothenberg Ellen V.
  • Journal Title: Proceedings of the National Academy of Sciences Volume: 118 Issue: 4
  • DOI: 10.1073/pnas.2019655118
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] How transcription factors drive choice of the T cell fate (2020)
  • Author(s): Hosokawa Hiroyuki、Rothenberg Ellen V.
  • Journal Title: Nature Reviews Immunology Volume: 21 Issue: 3 Pages: 162-176
  • DOI: 10.1038/s41577-020-00426-6
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] AMBRA1 controls antigen-driven activation and proliferation of naive T cells (2020)
  • Author(s): Masuhara Kaori、Akatsuka Hisako、Tokusanai Mizuki、Li Chenyang、Iida Yumi、Okada Yoshinori、Suzuki Takahiro、Ohtsuka Masato、Inoue Ituro、Kimura Minoru、Hosokawa Hiroyuki、Hozumi Katsuto、Sato Takehito
  • Journal Title: International Immunology Volume: 33 Issue: 2 Pages: 107-118
  • DOI: 10.1093/intimm/dxaa063
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Notch2 complements Notch1 to mediate inductive signaling that initiates early T cell development (2020)
  • Author(s): Romero-Wolf Maile、Shin Boyoung、Zhou Wen、Koizumi Maria、Rothenberg Ellen V.、Hosokawa Hiroyuki
  • Journal Title: Journal of Cell Biology Volume: 219 Issue: 10
  • DOI: 10.1083/jcb.202005093
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Cell type-specific actions of Bcl11b in early T-lineage and group 2 innate lymphoid cells. (2020)
  • Author(s): Hosokawa H, Romero-Wolf M, Yang Q, Motomura Y, Levanon D, Groner Y, Moro K, Tanaka T, Rothenberg EV.
  • Journal Title: J Exp Med. Volume: 217(1) Issue: 1
  • DOI: 10.1084/jem.20190972
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Etv6 is a Tcf7- and Hes1-independent Notch target gene in the initiation of the T-lineage program (2024)
  • Author(s): Kenichi Hirano, Hiroyuki Hosokawa
  • Organizer: 第52回日本免疫学会学術集会
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] T細胞の発生を誘導するNotchシグナルの全容の解明 (2023)
  • Author(s): 平野健一、細川裕之
  • Organizer: 京都T cell conference
• [Presentation] Etv6 is a Tcf7- and Hes1-independent Notch target gene in the initiation of the T-lineage program (2023)
  • Author(s): Kenichi Hirano, Hiroyuki Hosokawa
  • Organizer: FASEB
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Notch signaling triggers T-lineage program via Tcf7-dependnent and -independent mechanisms (2022)
  • Author(s): Hiroyuki Hosokawa
  • Organizer: 第45回日本分子生物学会年会
• [Presentation] Notch-dependent functional conversion of Runx1 at the initiation of T-lineage program (2022)
  • Author(s): Yuichi Kama, Hiroyuki Hosokawa
  • Organizer: 第51回日本免疫学会学術集会
• [Presentation] Notch signaling triggers T-lineage program via Tcf7-dependnent and -independent mechanisms (2022)
  • Author(s): Ken-ichi Hirano, Hiroyuki Hosokawa
  • Organizer: 第51回日本免疫学会学術集会
• [Presentation] 初期T 細胞分化におけるPU.1 発現抑制メカニズムの解析 (2019)
  • Author(s): 細川裕之
  • Organizer: Kyoto T Cell Conference
• [Presentation] GATA3 and Runx1 repress PU.1 expression in early T cell development (2019)
  • Author(s): Hiroyuki Hosokawa, Ellen Rothenberg
  • Organizer: FASEB 'The Molecular Mechanisms of Immune Cell Development and Function Coference'
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] T細胞の初期発生において転写因子PU.1はコファクターを再配置することにより遺伝子発現を制御する (2019)
  • Author(s): 細川裕之
  • Organizer: 日本分子生物学会総会
  • Invited
• [Presentation] GATA3 and Runx1 repress PU.1 expression in early T cell development (2019)
  • Author(s): Hiroyuki Hosokawa, Katsuto Hozumi, Ellen Rothenberg
  • Organizer: 日本免疫学会総会