Elucidation of the mechanisms of skeletal muscle tissue regeneration by combined omics.

• Project/Area Number: 23H00372
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Medium-sized Section 43:Biology at molecular to cellular levels, and related fields
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 大川 恭行 九州大学, 生体防御医学研究所, 教授 (80448430)
• Project Period (FY): 2023-04-01 – 2026-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥47,320,000 (Direct Cost: ¥36,400,000、Indirect Cost: ¥10,920,000); Fiscal Year 2025: ¥15,600,000 (Direct Cost: ¥12,000,000、Indirect Cost: ¥3,600,000); Fiscal Year 2024: ¥15,600,000 (Direct Cost: ¥12,000,000、Indirect Cost: ¥3,600,000); Fiscal Year 2023: ¥16,120,000 (Direct Cost: ¥12,400,000、Indirect Cost: ¥3,720,000)
• Keywords: クロマチン / 単一細胞解析 / マルチオミクス / 骨格筋分化 / 遺伝子発現制御

Outline of Research at the Start

遺伝子発現は細胞の機能を構築、維持する根幹を担うシステムの一つである。発生・再生過程における組織構築では、膨大な数の遺伝子発現がそれぞれ内因的なクロマチン構造制御と細胞間相互作用や分泌因子などの外因的制御の連動により制御される。一方で、クロマチン構造制御が外部からシグナル伝達経路によりどのように制御されているのか未だ不明なままである。そこで、本研究課題では組織構築過程における細胞間コミュニケーションおよびクロマチン構造制御を時間情報と共に体系的に取得し、組織構築システムをクロマチン構造御の観点から全ゲノムレベルでの理解を目指す。

Outline of Annual Research Achievements

遺伝子発現は細胞の機能を構築、維持する根幹を担うシステムの一つである。発生・再生過程における組織構築では、膨大な数の遺伝子発現がそれぞれ内因的なクロマチン構造制御と細胞間相互作用や分泌因子などの外因的制御の連動により制御される。一方で、クロマチン構造制御が外部からシグナル伝達経路によりどのように制御されているのか未だ不明なままである。そこで、本研究課題では組織構築過程における細胞間コミュニケーションおよびクロマチン構造制御を時間情報と共に体系的に取得し、組織構築システムをクロマチン構造御の観点から全ゲノムレベルでの理解を目指す。今年度では、組織構築システムの解析に不可欠となる１細胞レベルの空間マルチオミクス技術開発を完了した。本技術は、Precision Immunofluorescence Cancelingと命名した消光可能な蛍光標識抗体を用いて組織や細胞を毀損することなく逐次的に解析を行う技術である。また、解析途中でのサンプルの保存性が高く、細胞内のDNAやRNAを保持することが可能である。同一組織を用いてRNA FISHも実現している。連続免疫染色を、タンパク質およびRNAレベルで行うことで組織内における細胞型の分類から細胞の状態変化に至る過程を包括的に解析する技術開発に成功し、乳がんなどのヒト検体解析に用いることが可能であることを検証した。更にタンパク質レベルでは２００種類以上の解析に成功し、現在世界最高スペックの空間プロテオーム技術といえる。本技術をもとにして、ヒト骨格筋検体の解析を進めている。

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

当初予定の開発を早めて、データ取得を進めており当初の計画以上に進展している。

Strategy for Future Research Activity

研究計画に従って進めていく。

Research Products

• [Journal Article] Production of a Monoclonal Antibody for Histone H2b Isoform H2b3b (2024)
  • Author(s): Egashira Saki、Tachibana Taro、Nakamura Mako、Ohkawa Yasuyuki、Harada Akihito
  • Journal Title: Monoclonal Antibodies in Immunodiagnosis and Immunotherapy Volume: 43 Issue: 2 Pages: 75-80
  • DOI: 10.1089/mab.2023.0025
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Genome-wide ATAC-see screening identifies TFDP1 as a modulator of global chromatin accessibility (2024)
  • Author(s): Ishii Satoko、Kakizuka Taishi、Park Sung-Joon、Tagawa Ayako、Sanbo Chiaki、Tanabe Hideyuki、Ohkawa Yasuyuki、Nakanishi Mahito、Nakai Kenta、Miyanari Yusuke
  • Journal Title: Nature Genetics Volume: 56 Issue: 3 Pages: 473-482
  • DOI: 10.1038/s41588-024-01658-1
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Genome-wide mapping and cryo-EM structural analyses of the overlapping tri-nucleosome composed of hexasome-hexasome-octasome moieties (2024)
  • Author(s): Nishimura Masahiro、Fujii Takeru、Tanaka Hiroki、Maehara Kazumitsu、Morishima Ken、Shimizu Masahiro、Kobayashi Yuki、Nozawa Kayo、Takizawa Yoshimasa、Sugiyama Masaaki、Ohkawa Yasuyuki、Kurumizaka Hitoshi
  • Journal Title: Communications Biology Volume: 7 Issue: 1 Pages: 61-61
  • DOI: 10.1038/s42003-023-05694-1
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Precise immunofluorescence canceling for highly multiplexed imaging capturing specific cell state (2023)
  • Author(s): Tomimatsu Kosuke、Fujii Takeru、Bise Ryoma、Hosoda Kazufumi、Taniguchi Yosuke、Ochiai Hiroshi、Ohishi Hiroaki、Ando Kanta、Minami Ryoma、Tanaka Kaori、Tachibana Taro、Mori Seiichi、Harada Akihito、Maehara Kazumitsu、Nagasaki Masao、Uchida Seiichi、Kimura Hiroshi、Narita Masashi、Ohkawa Yasuyuki
  • Journal Title: bioRxiv Volume: -
  • DOI: 10.1101/2023.10.17.561810
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Cryo-EM and biochemical analyses of the nucleosome containing the human histone H3 variant H3.8 (2023)
  • Author(s): Hirai Seiya、Kujirai Tomoya、Akatsu Munetaka、Ogasawara Mitsuo、Ehara Haruhiko、Sekine Shun-ichi、Ohkawa Yasuyuki、Takizawa Yoshimasa、Kurumizaka Hitoshi
  • Journal Title: The Journal of Biochemistry Volume: 174 Issue: 6 Pages: 549-559
  • DOI: 10.1093/jb/mvad069
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Phase-separated nuclear bodies of nucleoporin fusions promote condensation of MLL1/CRM1 and rearrangement of 3D genome structure (2023)
  • Author(s): Oka Masahiro、Otani Mayumi、Miyamoto Yoichi、Oshima Rieko、Adachi Jun、Tomonaga Takeshi、Asally Munehiro、Nagaoka Yuya、Tanaka Kaori、Toyoda Atsushi、Ichikawa Kazuki、Morishita Shinichi、Isono Kyoichi、Koseki Haruhiko、Nakato Ryuichiro、Ohkawa Yasuyuki、Yoneda Yoshihiro
  • Journal Title: Cell Reports Volume: 42 Issue: 8 Pages: 112884-112884
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2023.112884
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] FOXK1 promotes nonalcoholic fatty liver disease by mediating mTORC1-dependent inhibition of hepatic fatty acid oxidation. (2023)
  • Author(s): Fujinuma S, Nakatsumi H, Shimizu H, Sugiyama S, Harada A, Goya T, Tanaka M, Kohjima M, Takahashi M, Izumi Y, Yagi M, Kang D, Kaneko M, Shigeta M, Bamba T, Ohkawa Y, Nakayama KI*.
  • Journal Title: Cell Reports Volume: 42(5) Issue: 5 Pages: 112530-112530
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2023.112530
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 連続免疫染色法による高解像度空間オミクスの開発 (2024)
  • Author(s): 大川恭行
  • Organizer: ゲノム創薬・創発フォーラム
  • Invited
• [Presentation] 組織形成を理解するための単一細胞マルチオミクスの開発 (2024)
  • Author(s): 大川恭行
  • Organizer: 創薬医学講座
  • Invited
• [Presentation] 組織形成を理解するための単一細胞マルチオミクスの開発 (2023)
  • Author(s): 原田 哲仁、富松航佑、藤井健、大川恭行
  • Organizer: 第46回日本分子生物学会
  • Invited
• [Presentation] Developing single-cell multi-omics to understand tissue formation (2023)
  • Author(s): Yasuyuki Ohkawa
  • Organizer: サルコペニア研究会
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Comprehensive Analysis of Signal Transduction Activation Pathways through Sequential Immunostaining (2023)
  • Author(s): Yasuyuki Ohkawa
  • Organizer: Single Cell Genomics Conference 2023
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 遺伝子発現制御を包括的に解析する技術の開発 (2023)
  • Author(s): 大川恭行
  • Organizer: 2023年度国立遺伝学研究所クロマチン研究会（NIG-JOINT）
  • Invited
• [Presentation] 組織形成を理解するための単一細胞マルチオミクスの開発 (2023)
  • Author(s): 大川恭行
  • Organizer: 奈良県立医科大学講演
  • Invited
• [Presentation] トランスクリプトミクスによる筋再生過程の高深度解析 (2023)
  • Author(s): 大川恭行
  • Organizer: 第9回日本筋学会学術集会/第10回筋ジストロフィー医療研究会
  • Invited
• [Presentation] 組織形成を理解するための単一細胞マルチオミクスの開発 (2023)
  • Author(s): 大川恭行
  • Organizer: ＜MBL＞ 第34回 高遠シンポジウム
  • Invited
• [Presentation] 骨格筋幹細胞の運命決定を遺伝子発現制御から理解する (2023)
  • Author(s): 大川恭行
  • Organizer: 生物科学セミナー
  • Invited
• [Presentation] Development of spatial multi-omics for understanding skeletal muscle aging (2023)
  • Author(s): Yasuyuki Ohkawa
  • Organizer: 1st Symposium on "Skeletal muscle cells in Growth and Disease"
  • Int'l Joint Research
• [Book] 月刊細胞 (2023)
  • Author(s): 原田 哲仁，大川 恭行
  • Total Pages: 4
  • Publisher: ニューサイエンス社
• [Book] 生体の科学 (2023)
  • Author(s): 原田 哲仁, 富松 航佑, 武 千メイ, 大川 恭行
  • Total Pages: 5
  • Publisher: 公益財団法人金原一郎記念医学医療振興財団・医学書院
• [Remarks] 九州大学 トランスクリプトミクス分野ホームページ
  • URL: https://tx.bioreg.kyushu-u.ac.jp/