Analysis of dynamic epigenetic changes caused by HTLV-1 infection.

• Project/Area Number: 21K15454
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 49060:Virology-related
• Research Institution: Kumamoto University
• Principal Investigator: 松尾 美沙希 熊本大学, ヒトレトロウイルス学共同研究センター, 特定事業研究員 (20884604)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2023-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2023: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2021: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
• Keywords: HTLV-1 / 成人T細胞白血病 / プロウイルス / 転写制御領域 / エンハンサー / エピゲノム動態 / ATL / エピゲノム / レトロウイルス

Outline of Research at the Start

HTLV-1のウイルス遺伝子の発現についてはこれまでに様々な解析がなされているが、プロウイルスの転写制御領域が宿主ゲノムに及ぼす影響やATL発症への関連性に関する報告は少ない。本研究ではHTLV-1感染者の臨床検体を用いて、プロウイルス周辺の宿主ゲノムの転写動態やクロマチン構造変化をシングルセルレベルで解析する。それによりHTLV-1感染による宿主ゲノムのエピゲノム環境の変化を明らかにし、それらがATLの発症に寄与するか検討を行うことで新たな治療標的を見つけ出す。

Outline of Annual Research Achievements

HTLV-1は人に病原性を示すレトロウイルスの１種であり、感染するとそのウイルスゲノムはヒトゲノムに組み込まれるという性質を持つ。昨年度までにHTLV-1ウイルス配列内にこれまでに未特定であったエンハンサー領域を同定し、その活性メカニズムとして転写因子SRFとELK-1の関与を示唆する結果を得た。さらにエンハンサー変異配列を含むHTLV-1分子クローンを用いた遺伝子発現解析において、同エンハンサー領域はウイルス遺伝子発現に対してだけでなく、宿主ゲノムの遺伝子発現にも影響を及ぼすことが示唆された。しかし、これらの遺伝子発現解析結果はHTLV-1の組み込み部位およびサンプル間の細胞特性によるものである可能性が否めない。そこで2022年度の本研究では、以下の解析を行った。
・ゲノム編集技術を用いた野生型およびエンハンサー変異型細胞におけるHTLV-1同一組み込み部位周辺の遺伝子発現解析
昨年樹立したHTLV-1分子クローン感染細胞にゲノム編集を施し、エンハンサー変異配列を野生型配列に挿入した。遺伝子発現解析の結果、同一組み込み部位周辺において野生型で見られていた遺伝子発現上昇がエンハンサー変異挿入感染細胞においては抑えられるという結果が得られた。
・同一患者検体内のHTLV-1感染および非感染におけるCD4 T細胞の転写動態シングルセル解析
HTLV-1感染臨床検体を用いてシングルセル遺伝子発現解析を行い、そのCD4 T細胞における結果をHTLV-1感染・非感染にリクラスターし、同一患者検体内における比較解析を行った。その結果、非感染CD4 T細胞においては見られない異常な遺伝子発現が感染CD4 T細胞にのみ認められた。
以上より、HTLV-1感染によってCD4 T細胞内の転写動態が変化し、その要因として本研究が同定したエンハンサー領域の寄与が示唆されるという研究成果を得た。

Research Products

• [Journal Article] Identification and characterization of a novel enhancer in the HTLV-1 proviral genome (2022)
  • Author(s): Matsuo Misaki、Ueno Takaharu、Monde Kazuaki、Sugata Kenji、Tan Benjy Jek Yang、Rahman Akhinur、Miyazato Paola、Uchiyama Kyosuke、Islam Saiful、Katsuya Hiroo、Nakajima Shinsuke、Tokunaga Masahito、Nosaka Kisato、Hata Hiroyuki、Utsunomiya Atae、Fujisawa Jun-ichi、Satou Yorifumi
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 13 Issue: 1 Pages: 2405-2405
  • DOI: 10.1038/s41467-022-30029-9
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Identification and Molecular Characterization of a New HTLV-1 Enhancer (2021)
  • Author(s): Misaki Matsuo, Takaharu Ueno, Kazuaki Monde, Benjy Jek Yang Tan, Kenji Sugata, Paola Miyazato, Kyosuke Uchiyama, Saiful Islam, Hiroo Katsuya, Shinsuke Nakajima, Masahito Tokunaga, Kisato Nosaka, Hiroyuki Hata, Atae Utsunomiya, Jun-ichi Fujisawa, Yorifumi Satou
  • Organizer: 第35回日本エイズ学会学術集会・総会 France-Japan Joint Symposium
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] HTLV-1プロウイルスにおける新規エンハンサーの特定と分子メカニズム解析 (2021)
  • Author(s): 松尾美沙希、上野孝治、門出和精、Benjy Jek Yang Tan、菅田謙治、宮里パオラ、内山喬介、Saiful Islam、勝屋弘雄、中嶋伸介、徳永雅仁、野坂生郷、畑裕之、宇都宮與、藤澤順一、佐藤賢文
  • Organizer: 第35回日本エイズ学会学術集会・総会