Redefinition of enhancers by the histone H4 hyperacetylation

• Project/Area Number: 21K06028
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 43010:Molecular biology-related
• Research Institution: Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: DAS NANDO 国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, 研究員 (20731756)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 伊藤 伸介 国立研究開発法人理化学研究所, 生命医科学研究センター, 研究員 (50612115)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2023-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2023: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000); Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2021: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
• Keywords: エンハンサー / H4K5acK8ac / エピゲノム / スーパーエンハンサー / Enhancer / Epigenomics / Super-enhancer

Outline of Research at the Start

a. Research on metadata, database technologies, and Bioinformatics analyses
b. Develop a model system to detect active enhancers function and regulation
c. Perform next generation sequencing techniques ChIP-seq and CAGE-seq
d. Perform CRISPR-Cas9 mediated enhancer deletion and analyze enhancer regulation
e. Perform HiChIP experiments to establish the long range enhancer-promoter interactions.

Outline of Annual Research Achievements

ヒストンH4の高アセチル化は、正常な恒常性では精子形成に必須であり、精巣核蛋白（NUT）正中線癌（NMC）等の癌に見られることが知られている。BETタンパク質、例えばBRD4は、アセチルリジン結合タンパク質であり、神経膠芽腫を含む癌に関与する。BRD4はスーパーエンハンサー（SE）の転写活性化機能の確立に重要な役割を果たしているが、ブロモドメインを介した直接的なクロマチン結合標的はH3K27acではなく、K5とK8がアセチル化されたマルチアセチル化ヒストンH4（H4K5acK8ac）が代表である。しかし、エンハンサー制御因子におけるH4K5acK8acの寄与はよく分かっていない。ここでは、H4K5acK8acが機能的なSEの指標となり、SEランキングとして広く用いられているH3K27ac-enrichmentランキングでは見逃されるSEの検出に利用できることを示す。CRISPR-Cas9を介したH4K5acK8acに富むSEの欠失は、膠芽腫幹様細胞株においてMYCN、NFIC、HOXA7などの関連遺伝子の発現を低下させ、これらの細胞の幹細胞性を低下させた。以上のことから、本研究成果は、ヒストンH4のマルチアセチル化を介した細胞型特異性の制御に関与する遺伝子を同定する戦略を提示した。本研究で得られた知見は、H4K5acK8ac修飾に関与すると考えられるTIP60を標的としたメカニズム解明に貢献すると考えられる。今後、特にmESCにおいて、H4K5acK8acに富むエンハンサーやSEとの長距離相互作用や関連遺伝子転写への関与を解明するための研究を進める予定である。

Research Products

• [Journal Article] Chemical Inhibitors Targeting the Histone Lysine Demethylase Families with Potential for Drug Discovery (2023)
  • Author(s): Das Nando Dulal、Niwa Hideaki、Umehara Takashi
  • Journal Title: Epigenomes Volume: 7 Issue: 1 Pages: 7-7
  • DOI: 10.3390/epigenomes7010007
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Mechanisms That Influence Chromatin-Mediated Enhancer Promoter Interactions and Transcriptional Regulation (2022)
  • Author(s): Shinsuke Ito, Nando Dulal Das, Takashi Umehara, and Haruhiko Koseki
  • Journal Title: Cancers Volume: 14 Issue: 21 Pages: 5404-5404
  • DOI: 10.3390/cancers14215404
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Defining super-enhancers by highly ranked histone H4 hyperacetylation levels identifies transcription factors involved in glioblastoma stemness (2022)
  • Author(s): Nando Dulal Das, Jen-Chien Chang, Chung-Chau Hon, S. Thomas Kelly, Shinsuke Ito, Marina Lizio, Bogumil Kaczkowski, Hisami Watanabe, Keisuke Katsushima, Atsushi Natsume, Haruhiko Koseki, Yutaka Kondo, Aki Minoda and Takashi Umehara
  • Organizer: The 45th Annual Meeting of the Molecular Biology Society of Japan (International)
  • Int'l Joint Research