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Analysis of relationship between clonal hematopoiesis and cell senescence

Publicly

Project AreaEstablishing a new paradigm of the pathogenesis of diseases through the understanding of stem cell aging
Project/Area Number 17H05634
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Biological Sciences
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

北村 俊雄  東京大学, 医科学研究所, 教授 (20282527)

Project Period (FY) 2017-04-01 – 2019-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2018)
Budget Amount *help
¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000)
Fiscal Year 2018: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
Fiscal Year 2017: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
Keywordsクローン性造血 / DNAダメージ / 造血器腫瘍 / エピジェネティクス / 老化 / クローナル造血 / 白血病
Outline of Annual Research Achievements

健常な65歳以上の高齢者の10%に遺伝子変異を有するクローン性造血が存在することが最近報告され注目されている。クローン性造血で認められる遺伝子変異は造血器腫瘍に認められるDNMT3a、TET2、ASXL1などエピジェネティクスに関与する遺伝子に高い頻度で認められるが、多くの場合は遺伝子変異は1つである。クローン性造血を有する人は高率(1%/year)に白血病などの造血器腫瘍を発症するが、付加的な変異が加わった結果と考えられる。
我々はクローン性造血とそこから白血病に進展する分子機序を研究するためにC末欠失型ASXL1変異体(ASXL1-MT)にストップカセットをつけてRosa26座にノックインしたマウスを作成し、Vav-Creマウスと掛け合わせることによって造血細胞でのみASXL1-MTを発現するASXL1-MT-KIマウスを作成した。このマウスは若い時にはほとんど症状はないが、1年を過ぎると大球性の軽度貧血、血球の軽度形態異常を認める。またASXL1-MT-KIマウスは複製可能なレトロウイルスで5ヶ月~1年で急性白血病を発症し、変異型Runx1の発現でもMDS/AMLを発症した。これらの結果はASXL1-MT-KIマウスが前MDSあるいは前白血病状態であることを示している。ASXL1-MT-KIマウスでは造血幹細胞が初期には減少するが1年以上経つと増えてくることが判明した。マウスは野生型マウスと比較して早めにミエロイド優位の造血を示し、老化型の血液像を示す。またChIPseqを用いた研究で、ASXL1のゲノムへの結合は代表的活性化マークであるヒストンH3K4me3と強く相関し、ASXL1-MTが存在するとH3K4me3が逆に著しく抑制されることが判明した。上記の結果から、我々の作成したASXL1-MT-KIマウスはクローン性造血の良いモデルと考えられる。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

ASXL1-MT-KIマウスが野生型マウスより早く老化型の造血を呈すること、前白血病状態にありRunx1変異体や複製可能レトロウイルスによるinsertional mutagenesisで白血病を発症することを示すことができ、論文として発表することができた(Nagase et al. J Exp Med, in press)。これらの結果はASXL1-MTの発現が造血細胞においてゲノム不安定性を誘導して二次的遺伝子変異が入りやすくなっていることが考えられる。すでに我々はDNA damageが更新していること、ミトコンドリアROSが上昇していることを見出しており、今後ASXL1変異とこれらの事象がどのように関係しているかを明らかにする予定である。一方、ASXL1-MT-KIマウスと野生型マウスのcKit陽性骨髄細胞でのクロマチン沈降法(ChIP)の結果からASXL1が従来関係が深いと言われていたヒストン抑制マークであるH3K27me3ではなく活性化マークの代表であるH3K4me3と極めて強い相関を示した。興味深いことにASXL1-MTの結合で、H3K4me3が著しく低下することが判明した。またASXL1はBAP1と共同してH2AK119Ubを脱ユビキチン化することが知られているが、今回の結果ではASXL1結合と相関していることが判明した。これらの結果は今までの知見とは異なるもので、その方向でも研究を進めている。

Strategy for Future Research Activity

これまでの実験でASXL1-MT-KIマウスにおいて老化が進み、前白血病状態になるのはミトコンドリアが活性化してDNAダメージが更新していることと関連があると考えている。そこで以下のような実験を行うことによって、ASXL1-MT-KIマウスにおける老化進行、易白血病移行性の分子機序を調べる。1)造血幹細胞分画の遺伝子発現プロファイルをRNAseqで調べて、ミトコンドリア活性化、ROSの上昇に関与しうる遺伝子発現変化を探す。2)造血細胞移植匂いてASXL1-MT-KIマウスの造血幹細胞は生着が悪いが、NACの投与で回復するかを調べる。また同時にin vitroのコロニー形成能が活性化されるかも調べる。3)ミトコンドリア活性を抑制するメトフォルミンのASXL1-MT-KIマウスの造血細胞に対する効果をin vivo及びin vitroで調べる。4)DNAダメージについてはγH2AXで調べただけなので、コメットアッセイも行い確認する。5)ASXL1-MT-KIマウスの造血細胞のメタボローム解析を行いTCAサイクルと解糖系のバランスを調べる。6)ASXL1-MT-KIマウスが造血器腫瘍を発症した場合、付加的な遺伝子変異が何であったかを調べる。
一方、ASXL1-MTが存在するとH3K4me3が低下するという結果は、ASXL1のノックダウンでH3K4me3が低下するという我々の以前の結果(Inoue et al. Leukemia in press)と呼応している。ASXL1-MTとBAP1でH2AK119Ubを脱ユビキチン化する(Asada et al. 論文revise中)ことを考えると、ASXL1の結合がH2AK119Ubと相関するというデータ(Nagase et al. J Exp Med, in press)と呼応して興味深い。多角的な視野で研究を進める予定である。

Report

(1 results)
  • 2017 Annual Research Report

Research Products

(17 results)

All 2018 2017 Other

All Int'l Joint Research Journal Article Presentation Patent(Industrial Property Rights)

  • [Int'l Joint Research] メモリアルスローンケタリング癌研究所(米国)

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Journal Article] ASXL1mutations gain a function2018

    • Author(s)
      Kitamura Toshio
    • Journal Title

      Blood

      Volume: 131 Pages: 274-275

    • DOI
      10.1182/blood-2017-12-816595
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Journal Article] Expression of mutant Asxl1 perturbs hematopoiesis and promotes susceptibility to leukemic transformation2018

    • Author(s)
      Nagase R, Inoue D, Pastore A, Fujino T, Hou HA, Yamasaki N, Goyama S, Saika M, Kanai A, Sera Y, Horikawa S, Ota Y, Asada S, Hayashi Y, Kawabata KC, Takeda R, Tien HF, Honda H, Abdel-Wahab O, Kitamura T.
    • Journal Title

      The Journal of Experimental Medicine

      Volume: 印刷中

    • DOI
      10.1084/jem.20171151
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Journal Article] A novel ASXL1 OGT axis plays roles in H3K4 methylation and tumor suppression in myeloid malignancies2018

    • Author(s)
      Inoue D, Fujino T, Sheridan P, Zhang YZ, Nagase R, Horikawa S, Li Z, Matsui H, Kanai A, Saika M, Yamaguchi R, Kozuka-Hata H, Kawabata KC, Yokoyama A, Goyama S, Inaba T, Imoto S, Miyano S, Xu M, Yang FC, Oyama M, Kitamura T
    • Journal Title

      Leukemia

      Volume: 印刷中

    • DOI
      10.1038/s41375-018-0083-3
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] High expression of ABCG2 induced by EZH2 disruption plays pivotal roles in MDS pathogenesis2017

    • Author(s)
      Kawabata K C、Hayashi Y、Inoue D、Meguro H、Sakurai H、Fukuyama T、Tanaka Y、Asada S、Fukushima T、Nagase R、Takeda R、Harada Y、Kitaura J、Goyama S、Harada H、Aburatani H、Kitamura T
    • Journal Title

      Leukemia

      Volume: 32 Pages: 419-428

    • DOI
      10.1038/leu.2017.227
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] The ubiquitin ligase STUB1 regulates stability and activity of RUNX1 and RUNX1?RUNX1T12017

    • Author(s)
      Yonezawa Taishi、Takahashi Hirotaka、Shikata Shiori、Liu Xiaoxiao、Tamura Moe、Asada Shuhei、Fukushima Tsuyoshi、Fukuyama Tomofusa、Tanaka Yosuke、Sawasaki Tatsuya、Kitamura Toshio、Goyama Susumu
    • Journal Title

      Journal of Biological Chemistry

      Volume: 292 Pages: 12528-12541

    • DOI
      10.1074/jbc.m117.785675
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    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Epigenetics in normal and malignant hematopoiesis: An overview and update 20172017

    • Author(s)
      Goyama, S
    • Journal Title

      Cancer Science

      Volume: - Pages: 553-562

    • DOI
      10.1111/cas.13168
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Overexpression of RUNX1 short isoform has an important role in the development of myelodysplastic/myeloproliferative neoplasms2017

    • Author(s)
      Sakurai Hiroko、Harada Yuka、Ogata Yosuke、Kagiyama Yuki、Shingai Naoki、Doki Noriko、Ohashi Kazuteru、Kitamura Toshio、Komatsu Norio、Harada Hironori
    • Journal Title

      Blood Advances

      Volume: 1 Pages: 1382-1386

    • DOI
      10.1182/bloodadvances.2016002725
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] エピジェネティクス異常と造血器腫瘍発症の関係性2017

    • Author(s)
      北村俊雄
    • Organizer
      第27回日本サイトメトリー学会学術集会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] クローナル造血から造血器腫瘍発症に至る分子機構の分析2017

    • Author(s)
      北村俊雄
    • Organizer
      第76回日本癌学会学術集会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 骨髄異形成症候群の分子生物学2017

    • Author(s)
      北村俊雄
    • Organizer
      第76回日本癌学会学術集会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Characterization of hematopoietic stem cells and progenitors using a novel mouse expressing a G0 maker2017

    • Author(s)
      福島剛、沖俊彦、北村俊雄
    • Organizer
      The 56th American Society of Hematology annual meeting
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] A p53-MDM2 Interaction Inhibitor, DS-5272, Inhibits the Development of MLL-Fusion Leukemia with the Assistance of Tumor Immunity2017

    • Author(s)
      合山進、林康貴、劉瀟瀟、四方紫織、田中洋介、福山朋房、山﨑智、松本明子、柴田龍弘、北村俊雄
    • Organizer
      The 59th American Society of Hematology annual meeting
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Mutant ASXL1 Cooperates with BAP1 to Promote Myeloid Leukemogenesis2017

    • Author(s)
      浅田修平、合山進、井上大地、竹田玲奈、河津正人、間野博行、北村俊雄
    • Organizer
      The 59th American Society of Hematology annual meeting
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] The ubiquitin ligases STUB1 regulates stability and activity of RUNX1 and RUNX1-RUNX1T12017

    • Author(s)
      米澤大志、高橋宏隆、四方紫織、劉瀟瀟、浅田修平、福島剛、福山朋房、田中洋介、澤崎達也、北村俊雄、合山進
    • Organizer
      第79回日本血液学会学術集会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] IMPDH阻害剤による新規白血病治療法の開発2017

    • Author(s)
      劉瀟瀟、合山進、四方紫織、林康貴、岩村浩幸、齊藤基輝、杉浦悠毅、滝澤仁、小藤智史、壽美田一貴、佐々木敦朗、Janet Schibler、James C.Mulloy、北村俊雄
    • Organizer
      第40回日本分子生物学会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 変異型ASXL1のノックインマウス2017

    • Inventor(s)
      北村俊雄、井上大地、永瀬玲奈
    • Industrial Property Rights Holder
      国立大学法人 東京大学
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2017-063168
    • Filing Date
      2017
    • Application Year
      2017
    • Related Report
      2017 Annual Research Report

URL: 

Published: 2017-04-28   Modified: 2018-12-17  

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