| Project/Area Number |
23K05798
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 44020:Developmental biology-related
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| Research Institution | National Institute of Genetics |
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Principal Investigator |
川口 茜 国立遺伝学研究所, ゲノム・進化研究系, 助教 (10749013)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2025: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
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| Keywords | クロマチン高次構造 / Hi-C / 脊椎動物の種間比較 / エピジェネティック制御 / 発生的拘束 / 染色体立体構造 / クロマチン |
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| Outline of Research at the Start |
種を超えた組織構造の保存性は遺伝子ネットワークなどの内因的な制約によると考えられ、種間での全ゲノム配列や網羅的な遺伝子発現比較で説明されてきた。しかし、遺伝子発現はより多階層の染色体制御に基づく出力結果であることから、種分化の間に存在する発生的拘束と進化の駆動力を紐解くためには、高次の染色体構造の精査と比較が必須である。本研究では、ゲノム配列からは読み取ることのできないエピゲノム、DNA-loop、そして転写単位 (TADs)といった転写の上位制御を種横断的に比較することで、どの階層の染色体構造が発生的拘束を生み出す実体として作用するのかに迫りつつ、新たな比較クロマチン解析学を切り開く。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、ゲノム配列情報からは読み取ることのできない転写の上位制御、すなわちエピゲノム、DNA-loop、そして転写単位（TADs）といったクロマチン制御機構を種横断的に比較解析し、それらが脊椎動物種間のどのレベルの発生的拘束を生み出す要因として作用するのかという問いに迫る課題である。初年度は、どの発生遺伝子周辺のTADが保存されているのかについて、研究をおこなった。これを明らかにするため、軟骨魚類イヌザメ、大型哺乳類であるアフリカゾウ、鳥類のモデルであるニワトリのHi-Cライブラリを独自に作成、ゲノム相互作用について解析を行なった。特に解析が最も進んでいるイヌザメについては、他研究者（工樂樹洋教授）と協調してHi-C genome assemblyも実施、染色体スケールでの高品質なゲノム情報の整備にも貢献した。Hi-Cデータをもとにしたクロマチン相互作用の解析の結果、イヌザメと他の脊椎動物の間では、TADs構造に高い保存性が見出されつつある。イヌザメはゲノムサイズが4.6Gb前後、かつ進化速度が緩やかである。進化的にも重要でなゲノムの特性を有するサメが示すTAD構造の保存性は、脊椎動物のゲノム進化を考える上でも興味深い。引き続き、イヌザメのエピゲノム・クロマチン動態について解析を進めている。アフリカゾウとニワトリのHi-C解析については現在進行中である。
さらに、がん細胞におけるクロマチン制御機構を明らかにするため、腫瘍性変異型RASで形質転換されたマウス細胞 (CIRAS-3細胞) と非形質転換細胞 (10T1/2細胞)を用い、クロマチン相互作用解析に貢献した。その結果、CIRAS-3細胞ではヘテロクロマチンに富む「Bコンパートメント」と呼ばれる領域同士の相互作用が増加していることが示された（Otsuka A., et al., Chromosoma (2024)）。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
初年度報告書提出までの間に、当初予定をしていなかったニワトリのPGC細胞でのHi-Cデータの取得を加え、7種のHi-Cライブラリの調整をおこなった。２年目は5種の脊椎動物のHi-Cデータの取得を目指す。また、解析手法の最適化を引き続き実施する。これによってさらに複数種の脊椎動物のゲノム解析に適した基盤を整備する。
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| Strategy for Future Research Activity |
引き続き、脊椎動物種間で高度な保存性を示すTADs、または脊椎動物と原索動物間で保存性を示さない流動的なクロマチン構造の領域を同定を進める。２年目は、申請当初の目標であった頭索動物（ナメクジウオ）を含め、さらに5種の脊椎動物のHi-Cデータの取得を目指す。また、解析手法の最適化を引き続き実施することで、さらに複数種の脊椎動物のゲノム解析に適した基盤を整備する。加えて、Hi-Cを応用発展させた新たなHi-Cシークエンス技術開発、およびゲノムDNA配列決定技術の開発にも取り組む予定である。
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