ヌクレオソームスケールの現象を説明するスパースな情報表現単位の模索

• Project Area: Initiative for High-Dimensional Data-Driven Science through Deepening of Sparse Modeling
• Project/Area Number: 16H01550
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Complex systems
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 前原 一満 九州大学, 生体防御医学研究所, 助教 (90726431)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000); Fiscal Year 2017: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000); Fiscal Year 2016: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
• Keywords: ヌクレオソーム / スパースモデリング / 生体生命情報学 / エピジェネティクス / ハイパフォーマンス・コンピューティング

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、生命科学研究を刷新するデータ駆動科学実践のモデルケースとして、データの大規模（高解像度・ハイスループット・多様）化がすすむエピゲノムデータを用いて、データから直接的にヌクレオソームレベルのスケールにおける生命現象を説明するモデルを抽出する方法論の確立を目指している。

本年度は、遺伝子発現に関わるヌクレオソームの性質を決定付ける要素について、多くの研究成果が得られた。我々が、2015年に発見した新規のヒストン亜種であるH3mm7は、不安定なヌクレオソームを形成することで、マウス骨格筋再生時の遺伝子発現を促進すること見出し、筆頭著者として論文発表を行った。共同研究においては、HeLa細胞を用いて、オーバーラッピングダイヌクレオソームとよばれる特殊な構造体（ヒストン14量体）が、遺伝子転写開始点直下に形成されることを明らかとした。また、試験管内にて再構成したアルブミン遺伝子エンハンサー領域のDNA上に形成されるヌクレオソーム配置の解析から、転写因子結合部位に対して特定のヌクレオソーム配置を形成することが明らかとなった。以上から、ヌクレオソームスケールの生命現象を解き明かすために必要な要素が徐々に明らかになりつつある。さらに、これらヌクレオソーム配置やヒストンの組成の変化と遺伝子発現の関係を明らかするため、少数細胞でエピゲノム情報を取得する技術（ChILT）を独自に開発し、論文投稿を行っている。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Histone H3.3 sub-variant H3mm7 is required for normal skeletal muscle regeneration (2018)
  • Author(s): Harada Akihito、Maehara Kazumitsu、Ono Yusuke、Taguchi Hiroyuki、Yoshioka Kiyoshi、Kitajima Yasuo、Xie Yan、Sato Yuko、Iwasaki Takeshi、Nogami Jumpei、Okada Seiji、Komatsu Tetsuro、Semba Yuichiro、Takemoto Tatsuya、Kimura Hiroshi、Kurumizaka Hitoshi、Ohkawa Yasuyuki
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 9 Issue: 1 Pages: 1400-1400
  • DOI: 10.1038/s41467-018-03845-1
  • NAID: 120006949474
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Cryo-EM structure of the nucleosome containing the ALB1 enhancer DNA sequence (2018)
  • Author(s): Takizawa Yoshimasa、Tanaka Hiroki、Machida Shinichi、Koyama Masako、Maehara Kazumitsu、Ohkawa Yasuyuki、Wade Paul A.、Wolf Matthias、Kurumizaka Hitoshi
  • Journal Title: Open Biology Volume: 8 Issue: 3 Pages: 170255-170255
  • DOI: 10.1098/rsob.170255
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Sensitive detection of fluorescence in western blotting by merging images (2018)
  • Author(s): Kondo Yukari、Higa Shinichiro、Iwasaki Takeshi、Matsumoto Tomoya、Maehara Kazumitsu、Harada Akihito、Baba Yoshihiro、Fujita Masatoshi、Ohkawa Yasuyuki
  • Journal Title: PLOS ONE Volume: 13 Issue: 1 Pages: 0191532-0191532
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0191532
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The requirement of Mettl3-promoted MyoD mRNA maintenance in proliferative myoblasts for skeletal muscle differentiation (2017)
  • Author(s): Kudou Kensuke、Komatsu Tetsuro、Nogami Jumpei、Maehara Kazumitsu、Harada Akihito、Saeki Hiroshi、Oki Eiji、Maehara Yoshihiko、Ohkawa Yasuyuki
  • Journal Title: Open Biology Volume: 7 Issue: 9 Pages: 170119-170119
  • DOI: 10.1098/rsob.170119
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Chd2 regulates chromatin for proper gene expression toward differentiation in mouse embryonic stem cells (2017)
  • Author(s): Semba Yuichiro、Harada Akihito、Maehara Kazumitsu、Oki Shinya、Meno Chikara、Ueda Jun、Yamagata Kazuo、Suzuki Atsushi、Onimaru Mitsuho、Nogami Jumpei、Okada Seiji、Akashi Koichi、Ohkawa Yasuyuki
  • Journal Title: Nucleic Acids Research Volume: 45 Issue: 15 Pages: 8758-8772
  • DOI: 10.1093/nar/gkx475
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Crystal Structure and Characterization of Novel Human Histone H3 Variants, H3.6, H3.7, and H3.8 (2017)
  • Author(s): Taguchi H, Xie Y, Horikoshi N, Maehara K, Harada A, Nogami J, Sato K, Arimura Y, Osakabe A, Kujirai T, Iwasaki T, Semba Y, Tachibana T, Kimura H, Ohkawa Y, Kurumizaka H.
  • Journal Title: Biochemistry Volume: 56 Issue: 16 Pages: 2184-2196
  • DOI: 10.1021/acs.biochem.6b01098
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Thymine DNA glycosylase modulates the DNA damage response and gene expression by base excision repair-dependent and -independent mechanisms (2017)
  • Author(s): Tomohumi Nakamura, Kouichi Murakami, Haruto Tada, Yoshihiko Uehara, Jumpei Nogami, Kazumitsu Maehara, Yasuyuki Ohkawa, Hisato Saitoh, Hideo Nishitani, Tetsuya Ono, Ryotaro Nishi, Masayuki Yokoi, Wataru Sakai, and Kaoru Sugasawa
  • Journal Title: Genes to Cells Volume: 22 Issue: 4 Pages: 392-405
  • DOI: 10.1111/gtc.12481
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Crystal structure of the overlapping dinucleosome composed of hexasome and octasome (2017)
  • Author(s): Daiki Kato, Akihisa Osakabe, Yasuhiro Arimura, Yuka Mizukami, Naoki Horikoshi, Kazumi Saikusa, Satoko Akashi, Yoshifumi Nishimura, Sam-Yong Park, Jumpei Nogami, Kazumitsu Maehara, Yasuyuki Ohkawa, Atsushi Matsumoto, Hidetoshi Kono, Rintaro Inoue, Masaaki Sugiyama, Hitoshi Kurumizaka
  • Journal Title: Science Volume: 356 Issue: 6334 Pages: 205-208
  • DOI: 10.1126/science.aak9867
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Testis-Specific Histone Variant H3t Gene Is Essential for Entry into Spermatogenesis (2017)
  • Author(s): Ueda J., Harada A., Urahama T., Machida S., Maehara K., Hada M., Makino Y., Nogami J., Horikoshi N., Osakabe A., Taguchi H., Tanaka H., Tachiwana H., Yao T., Yamada M., Iwamoto T., Isotani A., Ikawa M., Tachibana T., Okada Y., Kimura H., Ohkawa Y., Kurumizaka H., Yamagata K.
  • Journal Title: Cell Reports Volume: 18(3) Issue: 3 Pages: 593-600
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2016.12.065
  • NAID: 120006957416
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Identification of Immunoglobulin Gene Sequences from a Small Read Number of mRNA-Seq Using Hybridomas. (2016)
  • Author(s): Kuniyoshi Y, Maehara K, Iwasaki T, Hayashi M, Semba Y, Fujita M, Sato Y, Kimura H, Harada A, Ohkawa Y.
  • Journal Title: PLoS One Volume: 11 Issue: 10 Pages: e0165473-e0165473
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0165473
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Histone H4 lysine 20 acetylation is associated with gene repression in human cells. (2016)
  • Author(s): Kaimori, J. Y., Maehara, K., Hayashi-Takanaka, Y., Harada, A., Fukuda, M., Yamamoto, S., Ichimaru, N., Umehara, T., Yokoyama, S., Matsuda, R., Ikura, T., Nagao, K., Obuse, C., Nozaki, N., Takahara, S., Takao, T., Ohkawa, Y., Kimura, H., and Isaka, Y.
  • Journal Title: Sci Rep. Volume: 6 Issue: 1 Pages: 24318-24318
  • DOI: 10.1038/srep24318
  • NAID: 120005770760
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Chromatin architecture may dictate the target site for DMC1, but not for RAD51, during homologous pairing (2016)
  • Author(s): Kobayashi W., Takaku M., Machida S., Tachiwana H., Maehara K., Ohkawa Y. and Kurumizaka H
  • Journal Title: Scientific reports Volume: 6 Issue: 1 Pages: 24428-24428
  • DOI: 10.1038/srep24228
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] ヒストンH3.3のサブバリアントH3mm7は正常な骨格筋再生に必要とされる (2017)
  • Author(s): 前原 一満
  • Organizer: 2017年度生命科学系学会合同年次大会
• [Presentation] Myogenic Chromatin Structure Is Formed with the Histone H3 Variant H3mm7 (2017)
  • Author(s): Kazumitsu Maehara, Akihito harada, Jumpei Nogami, Yasuyuki Ohkawa
  • Organizer: 第20回生医研リトリート2017
• [Presentation] ホッジ分解による擬似ライブ・シングルセルプロファイル追跡法 (2016)
  • Author(s): 前原一満
  • Organizer: 第39回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜
• [Remarks] Ohkawa lab.（研究室HP）
  • URL: http://tx.bioreg.kyushu-u.ac.jp
• [Remarks] プレスリリース「筋肉の再生を促進させるスイッチの発見-筋肉の再生治療の応用に期待-」
  • URL: https://www.kyushu-u.ac.jp/ja/researches/view/235
• [Remarks] 研究室HP
  • URL: http://tx.bioreg.kyushu-u.ac.jp
• [Patent(Industrial Property Rights)] 標的遺伝子の塩基配列を決定する方法 (2017)
  • Inventor(s): 大川恭行、前原一満、木村宏、佐藤優子
  • Industrial Property Rights Holder: 九州大学
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Filing Date: 2017-03-16
  • Overseas