高転写状態獲得を理解するためのエピゲノム・トランスクリプトーム解析技術の開発

• Project Area: Ensuring integrity in gametogenesis
• Project/Area Number: 19H05244
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• 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): 2019-04-01 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥13,780,000 (Direct Cost: ¥10,600,000、Indirect Cost: ¥3,180,000); Fiscal Year 2020: ¥6,890,000 (Direct Cost: ¥5,300,000、Indirect Cost: ¥1,590,000); Fiscal Year 2019: ¥6,890,000 (Direct Cost: ¥5,300,000、Indirect Cost: ¥1,590,000)
• Keywords: 高転写状態 / 始原生殖細胞 / 細胞分化制御 / トランスクリプトーム / エピゲノム

Outline of Research at the Start

幹細胞は通常の体細胞より全遺伝子の転写活性状態が極めて高いHypertranscription(高転写状態)にあることが知られている。中でも成熟卵母細胞、精原細胞の胚性前駆細胞である始原生殖細胞の解析は最も先駆的に行われている系の一つである。細胞分化制御機構の解明とその人為的な操作に向けて、従来の転写因子による遺伝子発現制御に加えて、新たに遺伝子発現の“量的”制御の解明が期待されている。本研究では、高転写状態の始原生殖細胞をモデル系として、高転写状態の意義や獲得メカニズムの解明のための新規技術開発を行う。

Outline of Annual Research Achievements

転写産物の絶対量測定の精度が増し、細胞分化において、ゲノムワイドに転写活性化状態が変化する発見や報告が相次いでいる。中でも古くから知られている未分化段階の細胞に認められるHypertranscription、高転写状態は、受精卵のZGA、造血幹細胞分化において特に解析されてきた。これら幹細胞状態の細胞では、ゲノム全体が遺伝子によらず須らく高転写状態になっており、分化の過程で、通常の転写状態に戻ることが明らかになっている。そこで、高転写状態の解明には、転写制御をクロマチン構造のレベルから理解することが不可欠である。すなわち、組織内で、同一の細胞内のクロマチン構造解析とトランスクリプトーム解析を“1細胞レベル”で同時に行う必要がある。そこで本研究では、生殖細胞及びその分化段階での転写絶対量測定とクロマチン構造解析を1細胞レベルで同時に行うことで、高転写状態の定量とクロマチン構造レベルの形成メカニズムの解明を目指した。具体的には、生殖細胞を含む固定化組織切片を用いて、mRNA量の絶対量と転写を制御するクロマチン構造状態（転写因子・クロマチン制御因子の結合、ヒストン修飾・バリアント置換、各活性化状態におけるRNA polymeraseIIのゲノム領域へのリクルート）を同時に測定する技術を開発した。本手法では、単一細胞レベルで転写量総量の測定とエピゲノムの解析を同時に行うことが可能であり論文投稿を進めている。また、高転写状態を解明するためには翻訳産物であるタンパク質の同時測定が欠かせない。そこで、これらエピゲノム、mRNAに加えてタンパク質を同時に測定する技術の開発を進め、合わせて論文投稿準備を進めている。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Genome-wide analysis of chromatin structure changes upon MyoD binding in proliferative myoblasts during the cell cycle (2021)
  • Author(s): Wu Qianmei、Fujii Takeru、Harada Akihito、Tomimatsu Kosuke、Miyawaki-Kuwakado Atsuko、Fujita Masatoshi、Maehara Kazumitsu、Ohkawa Yasuyuki
  • Journal Title: The Journal of Biochemistry Volume: - Issue: 6 Pages: 653-661
  • DOI: 10.1093/jb/mvab001
  • NAID: 40022687719
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Transcription factor C/EBPβ induces genome-wide H3K27ac and upregulates gene expression during decidualization of human endometrial stromal cells (2021)
  • Author(s): Tamura Isao、Maekawa Ryo、Jozaki Kosuke、Ohkawa Yasuyuki、Takagi Haruka、Doi-Tanaka Yumiko、Shirafuta Yuichiro、Mihara Yumiko、Taketani Toshiaki、Sato Shun、Tamura Hiroshi、Sugino Norihiro
  • Journal Title: Molecular and Cellular Endocrinology Volume: 520 Pages: 111085-111085
  • DOI: 10.1016/j.mce.2020.111085
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Subnuclear gene positioning through lamina association affects copper tolerance (2020)
  • Author(s): Sakamoto Yuki、Sato Mayuko、Sato Yoshikatsu、Harada Akihito、Suzuki Takamasa、Goto Chieko、Tamura Kentaro、Toyooka Kiminori、Kimura Hiroshi、Ohkawa Yasuyuki、Hara-Nishimura Ikuko、Takagi Shingo、Matsunaga Sachihiro
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 11 Issue: 1 Pages: 5914-5914
  • DOI: 10.1038/s41467-020-19621-z
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Direct reprogramming of human umbilical vein- and peripheral blood-derived endothelial cells into hepatic progenitor. (2020)
  • Author(s): Hiroki Inada, Miyako Udono , Kanae Matsuda-Ito, Kenichi Horisawa, Yasuyuki Ohkawa, Shizuka Miura, Takeshi Goya, Junpei Yamamoto, Masao Nagasaki, Kazuko Ueno, Daisuke Saitou, Mikita Suyama, Yoshihiko Maehara, Wataru Kumamaru, Yoshihiro Ogawa, Sayaka Sekiya, Atsushi Suzuki.
  • Journal Title: cellsNat Commun. Volume: 11 Issue: 1 Pages: 5292-5292
  • DOI: 10.1038/s41467-020-19041-z
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The role of galanin in the differentiation of mucosal mast cells in mice. (2020)
  • Author(s): Yamaguchi T., Ikeda Y., Tashiro K., Ohkawa Y., Kawabata K.
  • Journal Title: Eur. J. Immunol. Volume: 50 Issue: 1 Pages: 110-118
  • DOI: 10.1002/eji.201848061
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] TKIs induce alternative spliced BCR-ABLIns35bp variant via inhibition of RNA polymerase Ⅱ on genomic BCR-ABL. (2020)
  • Author(s): Yuda J, Odawara J, Minami M, Muta T, Kohno K, Tanimoto K, Eto T, Shima T, Kikushige Y, Kato K, Takenaka K, Iwasaki H, Minami Y, Ohkawa Y, Akashi K, Miyamoto T.
  • Journal Title: Cancer Sci Volume: 111 Issue: 7 Pages: 2361-2373
  • DOI: 10.1111/cas.14424
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The Dynamics of Transcriptional Activation by Hepatic Reprogramming Factors. (2020)
  • Author(s): Kenichi Horisawa, Miyako Udono, Kazuko Ueno, Yasuyuki Ohkawa, Masao Nagasaki, Sayaka Sekiya, Atsushi Suzuki Chromatin integration labeling for mapping DNA-binding proteins and modifications with low input.
  • Journal Title: Mol Cell. Volume: S1097-2765 Issue: 4 Pages: 30502-30505
  • DOI: 10.1016/j.molcel.2020.07.012
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Genome-wide kinetic properties of transcriptional bursting in mouse embryonic stem cells (2020)
  • Author(s): Ochiai Hiroshi、Hayashi Tetsutaro、Umeda Mana、Yoshimura Mika、Harada Akihito、Shimizu Yukiko、Nakano Kenta、Saitoh Noriko、Liu Zhe、Yamamoto Takashi、Okamura Tadashi、Ohkawa Yasuyuki、Kimura Hiroshi、Nikaido Itoshi
  • Journal Title: Science Advances Volume: 6 Issue: 25
  • DOI: 10.1126/sciadv.aaz6699
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Chromatin integration labeling for mapping DNA-binding proteins and modifications with low input. (2020)
  • Author(s): Tetsuya Handa, Akihito Harada, Kazumitsu Maehara, Shoko Sato, Masaru Nakao, Naoki Goto, Hitoshi Kurumizaka, Yasuyuki Ohkawa, Hiroshi Kimura.
  • Journal Title: Nat Protoc. Volume: 15 Issue: 10 Pages: 3334-3360
  • DOI: 10.1038/s41596-020-0375-8
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Genomic Profiling by ALaP-Seq Reveals Transcriptional Regulation by PML Bodies through DNMT3A Exclusion (2020)
  • Author(s): Kurihara Misuzu、Kato Kagayaki、Sanbo Chiaki、Shigenobu Shuji、Ohkawa Yasuyuki、Fuchigami Takeshi、Miyanari Yusuke
  • Journal Title: Molecular Cell Volume: 78 Issue: 3 Pages: 493-505
  • DOI: 10.1016/j.molcel.2020.04.004
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Chromatin-bound CRM1 recruits SET-Nup214 and NPM1c onto HOX clusters causing aberrant HOX expression in leukemia cells. (2019)
  • Author(s): Oka M, Mura S, Otani M, Miyamoto Y, Nogami J, Maehara K, Harada A, Tachibana T, Yoneda Y, Ohkawa Y
  • Journal Title: Elife Volume: 8
  • DOI: 10.7554/elife.46667
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Cell competition corrects noisy Wnt morphogen gradients to achieve robust patterning in the zebrafish embryo (2019)
  • Author(s): Akieda Yuki、Ogamino Shohei、Furuie Hironobu、Ishitani Shizuka、Akiyoshi Ryutaro、Nogami Jumpei、Masuda Takamasa、Shimizu Nobuyuki、Ohkawa Yasuyuki、Ishitani Tohru
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 10 Issue: 1 Pages: 4710-4710
  • DOI: 10.1038/s41467-019-12609-4
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Sustained expression of HeyL is critical for the proliferation of muscle stem cells in overloaded muscle. (2019)
  • Author(s): Fukuda S, Kaneshige A, Kaji T, Noguchi YT, Takemoto Y, Zhang L, Tsujikawa K, Kokubo H, Uezumi A, Maehara K, Harada A, Ohkawa Y, Fukada SI.
  • Journal Title: eLife Volume: 8
  • DOI: 10.7554/elife.48284
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Calcineurin Broadly Regulates the Initiation of Skeletal Muscle-Specific Gene Expression by Binding Target Promoters and Facilitating the Interaction of the SWI/SNF Chromatin Remodeling Enzyme. (2019)
  • Author(s): Witwicka H, Nogami J, Syed SA, Maehara K, Padilla-Benavides T, Ohkawa Y, Imbalzano AN
  • Journal Title: Mol Cell Biol. Volume: 39 Issue: 19
  • DOI: 10.1128/mcb.00063-19
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The Eleanor ncRNAs activate the topological domain of the ESR1 locus to balance against apoptosis. (2019)
  • Author(s): †Abdalla MOA, †Yamamoto T, Maehara K, Ohkawa Y, Miura H, Hiratani I, Nakayama H, Nakao M, *Saitoh N
  • Journal Title: Nat Commun Volume: 10 Issue: 1 Pages: 3778-3778
  • DOI: 10.1038/s41467-019-11378-4
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Biochemical analysis of nucleosome targeting by Tn5 transposase (2019)
  • Author(s): Sato S, Arimura Y, Kujirai T, Harada A, Maehara K, Nogami J, Ohkawa Y, Kurumizaka H.
  • Journal Title: Open Biol. Volume: 9 Issue: 8 Pages: 190116-190116
  • DOI: 10.1098/rsob.190116
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Dmrt factors determine the positional information of cerebral cortical progenitors via differential suppression of homeobox genes. (2019)
  • Author(s): Konno D, Kishida C, Maehara K, Ohkawa Y, Kiyonari H, Okada S, Matsuzaki F
  • Journal Title: Development Volume: 146 Issue: 15 Pages: 174243-174243
  • DOI: 10.1242/dev.174243
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Anti-tumour effects of antimicrobial peptides, components of the innate immune system, against haematopoietic tumours in Drosophila mxc mutants. (2019)
  • Author(s): Araki M, Kurihara M, Kinoshita S, Awane R, Sato T, Ohkawa Y, Inoue YH
  • Journal Title: Dis Model Mech. Volume: 12 Issue: 6
  • DOI: 10.1242/dmm.037721
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Regulation of ectopic heterochromatin-mediated epigenetic diversification by the JmjC family protein Epe1. (2019)
  • Author(s): Sorida M, Hirauchi T, Ishizaki H, Kaito W, Shimada A, Mori C, Chikashige Y, Hiraoka Y, Suzuki Y, Ohkawa Y, Kato H, Takahata S, Murakami Y
  • Journal Title: PLoS Genet. Volume: 15
  • NAID: 120007002166
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] CLEC3A, MMP7, and LCN2 as Novel Markers for Predicting Recurrence in Resected G1 and G2 Pancreatic Neuroendocrine Tumors (2019)
  • Author(s): Miki M, Oono T, Fujimori N, Takaoka T, Kawabe K, Miyasaka Y, Ohtsuka T, Saito D, Nakamura M, Ohkawa Y, Oda N, Suyama M, Ito T, Ogawa Y.
  • Journal Title: Cancer Medicine Volume: in press Issue: 8 Pages: 3748-3760
  • DOI: 10.1002/cam4.2232
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Macrophage centripetal migration drives spontaneous healing process after spinal cord injury (2019)
  • Author(s): Kobayakawa K、Ohkawa Y、 Yoshizaki S、T、Saito T、Kijima Ken、Yokota K、Hara M、Kubota K、Matsumoto Y、Harimaya K、Ozato K、Masuda T、Tsuda M、Tamura T、Inoue K、Edgerton V. R、Iwamoto Y、Nakashima Y、Okada S
  • Journal Title: Science Advances Volume: 5 Issue: 5
  • DOI: 10.1126/sciadv.aav5086
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] 骨格筋特異的なヒストンが構成するクロマチン構造の解明. (2021)
  • Author(s): 大川恭行
  • Organizer: 第8回骨格筋生物学会
• [Presentation] 単一細胞マルチオミクスに向けたクロマチン挿入標識法の開発. (2020)
  • Author(s): 大川恭行
  • Organizer: 第19回日本再生医療学会総会
  • Invited
• [Presentation] Chromatin integration labeling Technology for expanding multi-omics. (2020)
  • Author(s): 大川恭行
  • Organizer: 理研エピゲノム操作プロジェクトセミナー
  • Invited
• [Presentation] トランスクリプトミクスによる骨格筋細胞分化能の解明. (2020)
  • Author(s): 大川恭行
  • Organizer: 第19回日本再生医療学会総会
  • Invited
• [Presentation] クロマチンダイナミクスの理解に向けた同時マルチオミクスの開発. (2020)
  • Author(s): 大川恭行
  • Organizer: 第43回日本分子生物学会
  • Invited
• [Presentation] クロマチンダイナミクスの理解に向けた同時マルチオミクスの開発. (2020)
  • Author(s): 大川恭行
  • Organizer: 『配偶子インテグリティの構築』『全能性プログラム』合同公開シンポジウム
• [Presentation] 遺伝子の発現されやすさはどのように決まるのか？～クロマチンが規定する遺伝子発現制御能力～ (2019)
  • Author(s): 大川恭行
  • Organizer: 第42回日本分子生物学会年会
• [Presentation] Development of chromatin integration labeling technology for single cell multiomics (2019)
  • Author(s): Yasuyuki Ohkawa
  • Organizer: 第42回日本分子生物学会年会
• [Presentation] Spatial epigenomics approached by chromatin integration labeling technology (2019)
  • Author(s): 大川恭行
  • Organizer: Trans-Omics for Advanced Medical Sciences
• [Presentation] クロマチン挿入法による単一細胞エピゲノム解析 (2019)
  • Author(s): 大川恭行
  • Organizer: 日本人類遺伝学会第64回大会
• [Presentation] Chromatin integration labelling Technology for expanding multi-omics (2019)
  • Author(s): Yasuyuki Ohkawa
  • Organizer: EMBO Symposia: Multi-Omics
• [Presentation] Chromatin integration labelling technology for expanding multi-omics (2019)
  • Author(s): 大川恭行
  • Organizer: 第13回国際ゲノム会議
• [Book] 1細胞エピゲノム解析技術開発の最前線 (2021)
  • Author(s): 大川 恭行,原田 哲仁,前原 一満
  • Total Pages: 6
  • Publisher: 医歯薬出版株式会社 週刊医学のあゆみ
• [Book] scRNA-seqを用いた細胞系譜の軌跡推定-データの背後の流れを読み取る技術- (2020)
  • Author(s): 前原一満, 大川恭行
  • Total Pages: 8
  • Publisher: 羊土社 実験医学 増刊
• [Book] 骨格筋研究のための最先端解析技術. (2020)
  • Author(s): 原田 哲仁，大川 恭行
  • Total Pages: 7
  • Publisher: 羊土社 実験医学
• [Book] シングルセルでのエピゲノム情報の計測技術. (2020)
  • Author(s): 原田 哲仁，大川 恭行
  • Total Pages: 8
  • Publisher: 羊土社 実験医学
• [Book] 空間オミクス実現に向けたエピゲノム解析技術. (2020)
  • Author(s): 小松 哲郎，大川 恭行
  • Total Pages: 4
  • Publisher: ニューサイエンス社 月刊細胞
• [Book] 実験医学 (2019)
  • Author(s): 原田 哲仁,大川 恭行
  • Total Pages: 6
  • Publisher: 羊土社
• [Patent(Industrial Property Rights)] 対象核酸の塩基配列を１細胞レベルで並列に検出する方法 (2020)
  • Inventor(s): 大川 恭行、原田哲仁
  • Industrial Property Rights Holder: 国立大学法人九州大学
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Filing Date: 2020