生体内ニューロン分化過程におけるクロマチンポテンシャルの解析

• Project Area: Chromatin potential for gene regulation
• Project/Area Number: 19H05253
• 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: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 岸 雄介 東京大学, 大学院薬学系研究科(薬学部), 講師 (00645236)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥8,450,000 (Direct Cost: ¥6,500,000、Indirect Cost: ¥1,950,000); Fiscal Year 2020: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2019: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
• Keywords: ニューロン / クロマチン / 神経発生

Outline of Research at the Start

発生過程において、幹細胞が機能細胞に分化する過程では、必要な遺伝子や不要な遺伝子のクロマチン構造が次々に変化し、その後の遺伝子発現を制御する。本研究では、生体内において神経幹細胞が成熟ニューロンに分化する過程で起こる様々なイベントについて、どのゲノム領域で形成されたクロマチンポテンシャル（オープンクロマチン領域）が、その後どのように遺伝子発現に影響し、最終的にニューロンの機能にどういった影響を与えるか、を明らかにすることを目的とする。

Outline of Annual Research Achievements

発生過程において、幹細胞が機能細胞に分化する過程では、必要な遺伝子や不要な遺伝子のクロマチン構造が次々に変化し、その後の遺伝子発現を制御する。本研究では、生体内において神経幹細胞が成熟ニューロンに分化する過程で起こる様々なイベントについて、どのゲノム領域で形成されたクロマチンポテンシャル（オープンクロマチン領域）が、その後どのように遺伝子発現に影響し、最終的にニューロンの機能にどういった影響を与えるか、を明らかにすることを目的とする。
脳の中心素子であるニューロンは神経幹細胞から産生されるが、その分化課程は脳室帯から脳表層への長距離の移動に始まり、その後外界からの刺激などに応じて、長く複雑な神経突起形成やシナプス形成などの大きな機能的、形態的な変化を伴う。この過程において、申請者は約2万ある遺伝子のうちおよそ8千もの遺伝子が有意に発現変化することを明らかにした。
前年度までに、ニューロン分化過程を1日ごとに追跡しDNase-seqによりクロマチン構造解析を実施していたが、本年度は時間解像度を向上させるためにシングルセルATAC-seqを行った。その結果、1日以下の時間解像度で次々と変化するニューロン分化におけるクロマチン構造変換を見出すことができた。また、それを制御する転写因子の活性化の波を捉えることができた。
この結果により、脳の最重要素子であるニューロンが産生される最初期段階における機能獲得のクロマチン基盤を明らかにすることができた。

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] Ezh1 regulates expression of <i>Cpg15/Neuritin</i> in mouse cortical neurons (2021)
  • Author(s): Shun Utsunomiya#, Yusuke Kishi#, Masafumi Tsuboi, Daichii Kawaguchi, Yukiko Gotoh, Manabu Abe, Kenji Sakimura, Kazuma Maeda, and Hiroshi Takemoto (#Equal contribution)
  • Journal Title: Drug Discoveries & Therapeutics Volume: 15 Issue: 2 Pages: 55-65
  • DOI: 10.5582/ddt.2021.01017
  • NAID: 130008037031
  • ISSN: 1881-7831, 1881-784X
  • Year and Date: 2021-04-30
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] HMGB1-mediated chromatin remodeling attenuates Il24 gene expression for the protection from allergic contact dermatitis (2021)
  • Author(s): Senda N, Yanai H, Hibino S, Li L, Mizushima Y, Miyagaki T, Saeki M, Kishi Y, Hangai S, Nishio J, Sugaya M, Taniguchi T, Sato S
  • Journal Title: Proc Natl Acad Sci U S A Volume: 118 Issue: 1
  • DOI: 10.1073/pnas.2022343118
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Preparation of 窶徭tress-free窶? concanavalin A-conjugated Dynabeadsツョ magnetic beads for CUT&Tag (2021)
  • Author(s): Yasuhiro Fujiwara, Yuji Tanno, Hiroki Sugishita, Yusuke Kishi, Yoshinori Makino, and Yuki Okada
  • Journal Title: bioRxiv Volume: -
  • DOI: 10.1101/2021.04.04.438416
  • Open Access
• [Journal Article] Biochemical basis for physiological functions of HMGA proteins (2020)
  • Author(s): 岸雄介
  • Journal Title: 生化学 Volume: 92 Issue: 5 Pages: 695-705
  • DOI: 10.14952/SEIKAGAKU.2020.920695
  • NAID: 40022394501
  • ISSN: 0037-1017
  • Year and Date: 2020-10-25
  • Open Access
• [Journal Article] The Polycomb group protein Ring1 regulates dorsoventral patterning of the mouse telencephalon. (2020)
  • Author(s): Hikaru Eto#, Yusuke Kishi#*, Nayuta Yakushiji-Kaminatsu, Hiroki Sugishita, Shun Utsunomiya, Haruhiko Koseki, and Yukiko Gotoh* (#Equal contribution, *Correspondence)
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 11 Issue: 1 Pages: 5709-5709
  • DOI: 10.1038/s41467-020-19556-5
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Setd1a Insufficiency in Mice Attenuates Excitatory Synaptic Function and Recapitulates Schizophrenia-Related Behavioral Abnormalities (2020)
  • Author(s): Nagahama Kenichiro、Sakoori Kazuto、Watanabe Takaki、Kishi Yusuke、Kawaji Keita、Koebis Michinori、Nakao Kazuki、Gotoh Yukiko、Aiba Atsu、Uesaka Naofumi、Kano Masanobu
  • Journal Title: Cell Reports Volume: 32 Issue: 11 Pages: 108126-108126
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2020.108126
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Epigenetic regulation for acquiring glial identity by neural stem cells during cortical development (2020)
  • Author(s): Takumi Nakagawa, Yoshikuni Wada, Sayako Katada* and Yusuke Kishi* (*Correspondence)
  • Journal Title: GLIA Volume: - Issue: 8 Pages: 1554-1567
  • DOI: 10.1002/glia.23818
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] ATAC-seq method applied to embryonic germ cells and neural stem cells from mouse: practical tips and modifications (2020)
  • Author(s): Soichiro Yamanaka#, Yusuke Kishi# and Haruhiko Shiomi (#Equal contribution)
  • Journal Title: Epigenetics Methods Volume: - Pages: 371-386
  • DOI: 10.1016/b978-0-12-819414-0.00018-5
  • ISBN: 9780128194140
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] In utero gene transfer system for embryos before neural tube closure reveals a role for Hmga2 in the onset of neurogenesis (2020)
  • Author(s): Naohiro Kuwayama, Yusuke Kishi*, Yurie Maeda, Yurie Nishiumi, Yutaka Suzuki, Haruhiko Koseki, Yusuke Hirabayashi, Yukiko Gotoh (*Correspondence)
  • Journal Title: bioRxiv Volume: - Pages: 086330-086330
  • DOI: 10.1101/2020.05.14.086330
  • Open Access
• [Journal Article] 先進ゲノム支援を活用した神経幹細胞のクロマチン制御の解析 (2020)
  • Author(s): 岸雄介
  • Journal Title: 羊土社, 実験医学別冊 最強のステップUPシリーズ『最先端クロマチン解析プロトコール』 Volume: - Pages: 168-171
• [Presentation] 神経幹細胞にニューロン分化能を賦与するエピジェネティック・クロマチン制御機構の解明 (2021)
  • Author(s): 岸雄介
  • Organizer: 第14回日本エピジェネティクス研究会年会
  • Invited
• [Presentation] ニューロン分化過程におけるクロマチン構造変化の役割 (2020)
  • Author(s): 岸雄介、坂井星辰、川路啓太、後藤由季子
  • Organizer: 第43回日本分子生物学会年会
  • Invited