Study on the epigenetic regulation of metabolic programming and energy homeostasis

• Project/Area Number: 25430178
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Medical genome science
• Research Institution: Kumamoto University
• Principal Investigator: Hino Shinjiro 熊本大学, 発生医学研究所, 助教 (00448523)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2015: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2014: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000); Fiscal Year 2013: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
• Keywords: ヒストン脱メチル化 / エネルギー代謝 / 骨格筋 / がん代謝 / クロマチン / エピジェネティクス / ヒストンメチル化

Outline of Final Research Achievements

The purpose of this study was to explore the epigenetic mechanisms that underpin the metabolic programming in response to environmental stress. We focused on the molecular function and the biological roles of histone demethylases LSD1 and LSD2. We found that LSD1 was involved in the fiber type determination of skeletal muscle and that it also plays an essential role in the glycolytic shift in cancer cells. LSD2 was involved in the protection of hepatocytes from lipotoxic cell damage.
We also investigated the behavior of biosynthetic enzymes for FAD, which is a essential coenzyme of LSD1 and LSD2. We found that FAD synthesis enzymes exhibited a unique subcellular localization, indicating that LSD1 and LSD2 might interact with FAD in a specific region in the cell.
Altogether, our study indicates that LSD1 and LSD2 serve as molecular hubs that transmit environmental information into epigenenomic modifications.

Research Products

• [Int'l Joint Research] Ningbo University(中国)
• [Int'l Joint Research]
• [Journal Article] HMGA2 promotes adipogenesis by activating C/EBPβ-mediated expression of PPARγ (2016)
  • Author(s): Y. Xi, W. Shen, L. Ma, M. Zhao, J. Zheng, S. Bu, S. Hino, and M. Nakao.
  • Journal Title: Biochem. Biophys. Res. Commun. Volume: 472 Issue: 4 Pages: 617-623
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2016.03.015
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Androgen regulates Mafb expression through its 3’UTR during mouse urethral masculinization (2016)
  • Author(s): Matsushita S, Suzuki K, OginoY, Hino S, Sato T, Suyama M, Matsumoto T, Omori A, Inoue S, Yamada G
  • Journal Title: Endocrinology Volume: 157 Issue: 2 Pages: 844-857
  • DOI: 10.1210/en.2015-1586
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Lysine-specific demethylase-1 contributes to malignant behavior by regulation of invasive activity and metabolic shift in esophageal cancer (2016)
  • Author(s): Kosumi K, Baba Y, Sakamoto Y, Ishimoto T, Harada K, Nakamura K, Kurashige J, Hiyoshi Y, Iwatsuki M, Iwagami S, Sakamoto Y, Miyamoto Y, Yoshida N, Oki E, Watanabe M, Hino S, Nakao M, Baba H
  • Journal Title: Int J Cancer Volume: 138 Issue: 2 Pages: 428-39
  • DOI: 10.1002/ijc.29714
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Endoplasmic Reticulum (ER) Stress Induces Sirtuin 1 (SIRT1) Expression via the PI3K-Akt-GSK3β Signaling Pathway and Promotes Hepatocellular Injury. (2015)
  • Author(s): Koga T, Suico MA, Shimasaki S, Watanabe E, Kai Y, Koyama K, Omachi K, Morino-Koga S, Sato T, Shuto T, Mori K, Hino S, Nakao M, Kai H.
  • Journal Title: J Biol Chem. Volume: 290 Issue: 51 Pages: 30366-30374
  • DOI: 10.1074/jbc.m115.664169
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Retinoblastoma protein promotes oxidative phosphorylation through up-regulation of glycolytic genes in oncogene-induced senescent cells (2015)
  • Author(s): S. Takebayashi, H. Tanaka, S. Hino, Y. Nakatsu, T. Igata, A. Sakamoto, M. Narita, and M. Nakao.
  • Journal Title: Aging Cell Volume: 14 Issue: 4 Pages: 689-697
  • DOI: 10.1111/acel.12351
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] 細胞内代謝とエピゲノム制御のクロストーク (2015)
  • Author(s): 日野信次朗
  • Journal Title: 生化学 Volume: 87 Pages: 617-620
  • NAID: 40020650264
• [Journal Article] エネルギー代謝とエピジェネティクス (2015)
  • Author(s): 日野信次朗、中尾光善
  • Journal Title: The Lipid Volume: 26 Pages: 89-92
• [Journal Article] Lysine demethylase LSD1 coordinates glycolytic and mitochondrial metabolism in hepatocellular carcinoma cells. (2015)
  • Author(s): Sakamoto A, Hino S, Nagaoka K, Anan K, Takase R, Matsumori H, Ojima H, Kanai Y, Arita K, Nakao M
  • Journal Title: Cancer Research Volume: 75(7) Issue: 7 Pages: 1445-1456
  • DOI: 10.1158/0008-5472.can-14-1560
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Lysine-specific demethylase LSD2 suppresses lipid influx and metabolism in hepatic cells (2015)
  • Author(s): Nagaoka, K., Hino, S., Sakamoto, A., Anan, K., Takase, R., Umehara, T., Yokoyama, S., Sasaki, Y., Nakao, M.
  • Journal Title: Mol. Cell. Biol. Volume: 35 (7) Issue: 7 Pages: 1068-1080
  • DOI: 10.1128/mcb.01404-14
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Sall1 maintains nephron progenitors and nascent nephrons by acting as both an activator and a repressor (2014)
  • Author(s): S. Kanda, T. Ohmori, A. Taguchi, K. Kudo, T. Horiuchi, Y. Sato, S. Hino, Y. Suzuki, M. Sander, S. Sugano, M. Nakao, and R. Nishinakamura.
  • Journal Title: J. Am. Soc. Nephrol. Volume: 25 Issue: 11 Pages: 2584-2595
  • DOI: 10.1681/asn.2013080896
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Glycolytic gene as the targets of nuclear receptor Ad4BP/SF-1 (2014)
  • Author(s): Takashi Baba, Hiroyuki Otake, Tetsuya Sato, Kanako Miyabayashi, Yurina Shishido, Chia-Yih Wang, Yuichi Shima, Hiroshi Kimura, Mikako Yagi, Yasuhiro Ishihara, Shinjiro Hino, Hidesato Ogawa, Mitsuyoshi Nakao, Takeshi Yamazaki, Dongchon, Kang, Yasuyuki Ohkawa, Mikita Suyama, Bon-Chu Chung, Ken-ichirou Morohashi
  • Journal Title: Nature Commun Volume: 5 Issue: 1 Pages: 3634-3634
  • DOI: 10.1038/ncomms4634
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Metabolism-epigenome crosstalk in physiology and diseases (2013)
  • Author(s): S. Hino, K. Nagaoka, and M. Nakao.
  • Journal Title: J. Hum. Genet. Volume: 58 Issue: 7 Pages: 410-415
  • DOI: 10.1038/jhg.2013.57
  • NAID: 10031190034
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] エネルギー代謝のエピジェネティック制御と疾患 (2013)
  • Author(s): 阿南浩太郎、日野信次朗、中尾光善
  • Journal Title: 遺伝子医学MOOK「エピジェネティクスと病気」 Volume: 25 Pages: 106-111
• [Presentation] FAD依存性ヒストン脱メチル化酵素によるエネルギー代謝制御機構 (2016)
  • Author(s): 日野信次朗、坂元顕久、長岡克弥、阿南浩太郎、高瀬隆太、興梠健作、中尾光善
  • Organizer: 日本薬学会第136年会（シンポジウム：メタボライトとエピゲノム）
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2016-03-27
  • Invited
• [Presentation] Histone demethylase LSD1 links environmental cues to metabolic reprogrammin (2016)
  • Author(s): Hino S.
  • Organizer: International Symposium for RIKEN Epigenetics Program 2016
  • Place of Presentation: 理化学研究所（埼玉県和光市）
  • Year and Date: 2016-02-15
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] マルチオミックス解析技術を用いた代謝-エピゲノムクロストークの解明 (2015)
  • Author(s): 日野信次朗、坂元顕久、長岡克弥、阿南浩太郎、高瀬隆太、興梠健作、中尾光善
  • Organizer: BMB2015（ワークショップ：マルチオミックス統合解析の新機軸）
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場（兵庫県神戸市）
  • Year and Date: 2015-12-01
  • Invited
• [Presentation] FAD依存性ヒストン脱メチル化酵素による代謝制御機構 (2015)
  • Author(s): 日野信次朗
  • Organizer: 第26回フォーラム・イン・ドージン（代謝システムと遺伝子発現制御 ～意外な縁～）
  • Place of Presentation: 熊本ホテルキャッスル（熊本県熊本市）
  • Year and Date: 2015-11-13
  • Invited
• [Presentation] FAD-dependent lysine demethylases link environmental cues to metabolic reprogramming (2015)
  • Author(s): Hino S.
  • Organizer: International Symposium on Nuclear Structure and Epigenetics
  • Place of Presentation: 熊本大学発生医学研究所（熊本県熊本市）
  • Year and Date: 2015-08-27
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] The molecular mechanisms of metabolism-epigenome crosstalk (2014)
  • Author(s): Shinjiro Hino
  • Organizer: Young Scientist Meeting for Sexual Differentiation
  • Place of Presentation: ハートピア熱海（静岡県熱海市）
  • Year and Date: 2014-12-09 – 2014-12-10
  • Invited
• [Presentation] 細胞のエネルギー戦略を担うエピジェネティクス機構 (2014)
  • Author(s): 日野信次朗
  • Organizer: 第1188回ウイルス研究所セミナー
  • Place of Presentation: 京都大学ウイルス研究所（京都府京都市）
  • Year and Date: 2014-10-17
  • Invited
• [Presentation] リジンメチル化酵素LSD1によるがん代謝制御の分子機構 (2014)
  • Author(s): 日野信次朗、坂元顕久、中尾光善
  • Organizer: 第87回日本生化学会大会シンポジウム「低酸素応答システムの分子機構と多様な役割」
  • Place of Presentation: 京都国際会館（京都府京都市）
  • Year and Date: 2014-10-15 – 2014-10-18
  • Invited
• [Presentation] The molecular mechanisms of metabolism-epigenome crosstalk (2014)
  • Author(s): Shinjiro Hino
  • Organizer: KEY Forum: From Stem Cells to Organs
  • Place of Presentation: 熊本市医師会館（熊本県熊本市）
  • Year and Date: 2014-09-04 – 2014-09-05
  • Invited
• [Presentation] 抗がん剤の新しい創薬標的、がん代謝とエピジェネティクス (2014)
  • Author(s): 日野信次朗
  • Organizer: 日経BP主催第12期バイオファイナンスギルド第9回セミナー
  • Place of Presentation: バイオフロンティアパートナーズ特別会議室（東京都中央区）
  • Year and Date: 2014-04-24
  • Invited
• [Presentation] 代謝エピゲノムクロストークの分子機構と疾患
  • Author(s): 日野信次朗
  • Organizer: 武田薬品癌創薬ユニットセミナー
  • Place of Presentation: 武田薬品湘南研究所（神奈川県藤沢市）
  • Invited
• [Presentation] Metabolism-epigenome crosstalk through FAD/LSD1 pathway
  • Author(s): Shinjiro Hino, Akihisa Sakamoto, Katsuya Nagaoka, Kotaro Anan, Ryuta Takase and Mitsuyoshi Nakao
  • Organizer: International Symposium on Transcription and Metabolism
  • Place of Presentation: 淡路夢舞台（兵庫県淡路市）
• [Presentation] がん代謝とエピジェネティクス
  • Author(s): 日野信次朗、坂元顕久、中尾光善
  • Organizer: 第1回がんと代謝研究会
  • Place of Presentation: 慶應義塾大学先端生命科学研究所（山形県鶴岡市）
  • Invited
• [Presentation] 代謝-エピゲノムクロストークによるエネルギー恒常性の調節
  • Author(s): 日野信次朗
  • Organizer: 奈良先端未来開拓コロキウム「生体における恒常性維持機構とその破綻による疾病」
  • Place of Presentation: 奈良先端科学技術大学院大学（奈良県生駒市）
  • Invited
• [Presentation] クロマチン構造制御によるエネルギー戦略形成機構
  • Author(s): 日野信次朗
  • Organizer: 第6回Symphony
  • Place of Presentation: ホテルメトロポリタンエドモント飯田橋（東京都千代田区）
  • Invited
• [Presentation] 代謝-エピゲノムクロストークの分子機構
  • Author(s): 日野信次朗
  • Organizer: 第45回日本動脈硬化学会総会・学術集会 Young Faculty Initiative Session
  • Place of Presentation: 京王プラザホテル（東京都新宿区）
  • Invited
• [Presentation] 代謝-エピゲノムクロストークによるエネルギー戦略形成機構
  • Author(s): 日野信次朗、坂元顕久、長岡克弥、阿南浩太郎、高瀬隆太、中尾光善
  • Organizer: 第40回日本毒性学会学術年会・シンポジウム「毒性評価への展開を図るエピジェネティクス研究」
  • Place of Presentation: 幕張メッセ国際会議場（千葉県千葉市）
  • Invited
• [Book] エピジェネティクスの産業応用 (2014)
  • Author(s): 高瀬隆太、日野信次朗、中尾光善
  • Total Pages: 9
  • Publisher: シーエムシー出版
• [Remarks] 熊本大学発生医学研究所ホームページ
  • URL: http://www.imeg.kumamoto-u.ac.jp
• [Remarks] 熊本大学のWEBマガジン「Kumadai Now」にて、研究活動について紹介
  • URL: http://www.kumamoto-u.ac.jp/daigakujouhou/kouhou/kouhoushi/kumadainow/laboratory/k160107
• [Remarks] 熊本大学発生医学研究所 プレスリリース
  • URL: http://www.imeg.kumamoto-u.ac.jp/topics/sakamoto2015feb.html
• [Remarks] 熊本大学発生医学研究所ホームページ
  • URL: http://www.imeg.kumamoto-u.ac.jp/divisions/medical_cell_biology/
• [Patent(Industrial Property Rights)] 神経変性疾患治療剤 (2016)
  • Inventor(s): 谷原秀信、岩尾圭一郎、中尾光善、林秀樹、日野信次朗、堤孝之
  • Industrial Property Rights Holder: 国立大学法人 熊本大学
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Filing Date: 2016-01-25