分化遺伝子選択における時空間制御機構の解明

• Project Area: The physicochemical field for genetic activities
• Project/Area Number: 23114718
• 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, 医学研究院, 准教授 (80448430)
• Project Period (FY): 2011-04-01 – 2013-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2012)
• Budget Amount: ¥10,140,000 (Direct Cost: ¥7,800,000、Indirect Cost: ¥2,340,000); Fiscal Year 2012: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000); Fiscal Year 2011: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000)
• Keywords: 高次クロマチン構造 / 次世代シークエンサー / 骨格筋分化 / クロマチン

Outline of Annual Research Achievements

遺伝子群全体の制御の引き金となる＂遺伝子座近接現象（ジーンクラスタリング）”に特化して、骨格筋分化の各段階での遺伝子座近接現象の解明を試みた。まず、3C-seq法を改変し更に広範なゲノム領域の解析なロングリード型の変法を開発した。更に、高解像度での解析のために、筋クレアチンキナーゼ、デスミン、ミオシン重鎖等の複数の骨格筋遺伝子マーカーのプロモーター領域に着目して4C-seq解析を行った。これは3C解析の解像度が組み合わせ問題により1M-10Mbpに制限されることが計算科学的手法で明らかとなったことに基づく。4C-seqの解析の際にはロングリード型3C-seqのライブラリー作成法をそのまま踏襲した。これらにより前年度に引き続き遺伝子座の空間的近接の時間軸、空間軸の両面から解析を行った。その結果、前駆細胞が、細胞分裂を繰り返す未分化段階で、既に骨格筋遺伝子座が集積していること、また集積した遺伝子座の発現が一過的に抑制されることを明らかにした。この集積領域には既に明らかとなっていたBrg1をはじめとする従来、遺伝子の発現転写活性化に関わるクロマチンリモデリング因子以外にも、Chd2、H3.3等の複数の分子の集積が明らかとなった。抑制型と活性型分子が同時に遺伝子の制御領域にリクルートされる現象は、未分化状態で一過的に起こっており分化後期ではこれら抑制性複合体のリクルートメントの消失と共に遺伝子集積も検出されない。一方で、この集積現象では、MyoDを線維芽細胞に強制発現させる分化誘導では、骨格筋組織形成同様に観察されるのに対して、分化が急激に起こる惹起されるMyogenin/Mef2D1bの強制発現による分化誘導系では、遺伝子集積現象の蓄積は確認されなかった。以上より、細胞分化での一過的な遺伝子発現抑制は、空間的な遺伝子座の再配置により抑制的な制御を受けてることが明らかとなった。

Research Progress Status

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] A co-localization model of paired ChIP-seq data using a large ENCODE data set enables comparison of multiple samples (2013)
  • Author(s): Maehara K, Odawara J, Harada A, Yoshimi T, Nagao K, Obuse C, Akashi K, Tachibana T, Sakata T, and Ohkawa Y
  • Journal Title: Nucleic Acids Res Volume: 41 Issue: 1 Pages: 54-62
  • DOI: 10.1093/nar/gks1010
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Ly6C+ Ly6G- Myeloid-derived suppressor cells play a critical role in the resolution of acute inflammation and the subsequent tissue repair process after spinal cord injury. (2013)
  • Author(s): Saiwai H, Kumamaru H, Ohkawa Y, Kubota K, Kobayakawa K, Yamada H, Yokomizo T, Iwamoto Y, Okada S.
  • Journal Title: J Neurochem. Volume: 125 Issue: 1 Pages: 74-88
  • DOI: 10.1111/jnc.12135
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Chd2 interacts with H3.3 to determine myogenic cell fate (2012)
  • Author(s): Harada A, Okada S, Konno D, Odawara J, Yoshimi T, Yoshimura S, Kumamaru H, Saiwai H, Tsubota T, Kurumizaka H, Akashi K, Tachibana T, Imbalzano AN, Ohkawa Y
  • Journal Title: EMBO J Volume: 31 Issue: 13 Pages: 2994-3007
  • DOI: 10.1038/emboj.2012.136
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Direct isolation and RNA-Seq reveal environment-dependent properties of engrafted neural stem/progenitor cells (2012)
  • Author(s): Kumamaru H, Ohkawa Y, Saiwai H, Yamada H, Kubota K, Kobayakawa K, Akashi K, Okano H, Iwamoto Y, Okada S
  • Journal Title: Nat Commun Volume: 3 Issue: 1 Pages: 1140-1140
  • DOI: 10.1038/ncomms2132
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Surf4 modulates STIM1-dependent calcium entry. (2012)
  • Author(s): Fujii, Y. et al
  • Journal Title: Biochem. Biophys. Res. Commun. Volume: 422 Issue: 4 Pages: 615-620
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2012.05.037
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Age-related differences in the cellular and molecular profiles of inflammatory responses after spinal cord injury (2012)
  • Author(s): Kumamaru H, Saiwai H, Ohkawa Y, Yamada H, Iwamoto Y, Okada S
  • Journal Title: Journal of Cellular Physiology Volume: 227 Issue: 4 Pages: 1335-46
  • DOI: 10.1002/jcp.22845
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Isolation of nuclei from skeletal muscle satellite cells and myofibers for use in chromatin immunoprecipitation assays (2012)
  • Author(s): Ohkawa Y, Mallappa C, et al
  • Journal Title: Methods Mol Biol Volume: 798 Pages: 517-30
• [Journal Article] An improved restriction enzyme accessibility assay for analyzing changes in chromatin structure in samples of limited cell number (2012)
  • Author(s): Ohkawa Y, Mallappa C, et al
  • Journal Title: Methods Mol Biol Volume: 798 Pages: 531-42
• [Journal Article] Myeloperoxidase Exacerbates Secondary Injury by Generating Highly Reactive Oxygen Species and Mediating Neutrophil Recruitment in Experimental Spinal Cord Injury (2012)
  • Author(s): Kubota K, Saiwai H, Kumamaru H, Maeda T, Ohkawa Y, et al
  • Journal Title: Spine Volume: (In press)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Chromatin accessibility and transcription factor binding at the PPARγ2 promoter during adipogenesis is protein kinase A-dependent (2011)
  • Author(s): Xiao H, Leblanc SE, et al., Ohkawa Y, Imbalzano AN
  • Journal Title: J Cell Physiol Volume: 1 Pages: 86-93
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Flow cytometric sorting of neuronal and glial nuclei from central nervous system tissue (2011)
  • Author(s): Okada S, Saiwai H, et al., Ohkawa Y
  • Journal Title: J Cell Physiol Volume: 2 Pages: 552-8
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Generation of a rat monoclonal antibody specific for hsp72 (2011)
  • Author(s): Tanaka M, Shiota M, et al., Ohkawa Y
  • Journal Title: Hybridoma Volume: 4 Pages: 397-400
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The classification of mRNA expression levels by the phosphorylation state of RNAPII CTD based on a combined genome-wide approach (2011)
  • Author(s): Odawara J, Harada A, et al., Ohkawa Y
  • Journal Title: BMC Genomics Volume: 12(web)
  • Peer Reviewed
• [Presentation] ヒストンバリアントによる骨格筋分化制御機構 (2013)
  • Author(s): 大川 恭行
  • Organizer: 第１回ヒストンバリアント研究会
  • Place of Presentation: 九州大学総合研究棟（福岡）
  • Year and Date: 2013-03-08
• [Presentation] Chd2 incorporates H3.3 to mark myogenic genes. (2013)
  • Author(s): 大川 恭行
  • Organizer: 新学術領域「ゲノム支援」国際シンポジウム”Expanding Frontiers of Genome Science”
  • Place of Presentation: 東京大学 伊藤国際学術研究センター（東京）
  • Year and Date: 2013-01-10
  • Invited
• [Presentation] 共局在回帰モデルとENCODEデータセットを介したChIP-seqデータの多サンプル比較解析 (2012)
  • Author(s): 前原 一満
  • Organizer: 第35回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 福岡国際会議場・マリンメッセ福岡（福岡）
  • Year and Date: 2012-12-14
• [Presentation] モノクローナル抗体を用いたリン酸化ヒストンH3の解析 (2012)
  • Author(s): 吉見 智彦
  • Organizer: 第35回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 福岡国際会議場・マリンメッセ福岡（福岡）
  • Year and Date: 2012-12-14
• [Presentation] 選択的なヒストンバリアントH3.3の取り込みによる造血細胞分化運命決定機構の解明 (2012)
  • Author(s): 小田原 淳
  • Organizer: 第35回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 福岡国際会議場・マリンメッセ福岡（福岡）
  • Year and Date: 2012-12-14
• [Presentation] CHD5(Chromodomain helicase DNA binding protein 5)はマウスの胚性幹細胞においてH3.1と結合して遺伝子発現を抑制しうる (2012)
  • Author(s): 林 正康
  • Organizer: 第35回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 福岡国際会議場・マリンメッセ福岡（福岡）
  • Year and Date: 2012-12-13
• [Presentation] Cdt1結合蛋白質GRWD1は複製ライセンシングおよび細胞増殖に関わる新規ヒストンシャペロンである (2012)
  • Author(s): 杉本 のぞみ
  • Organizer: 第35回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 福岡国際会議場・マリンメッセ福岡(福岡)
  • Year and Date: 2012-12-13
• [Presentation] 高次クロマチン構造制御による骨格筋分化制御 (2012)
  • Author(s): 大川 恭行
  • Organizer: 第35回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 福岡国際会議場・マリンメッセ福岡（福岡）
  • Year and Date: 2012-12-12
• [Presentation] Chd2依存的なH3.3マーキングが筋発生における骨格筋遺伝子のbivalent geneの形成に必要である (2012)
  • Author(s): 原田 哲仁
  • Organizer: 第35回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 福岡国際会議場・マリンメッセ福岡（福岡）
  • Year and Date: 2012-12-11
• [Presentation] 遺伝子をすべて見る研究への試み-多様化するエピゲノム解析- (2012)
  • Author(s): 大川 恭行
  • Organizer: HPCIワークショップ2012（日本バイオインフォマティクス学会 創薬インフォマティクス研究会）
  • Place of Presentation: 産総研臨海副都心センター（東京）
  • Year and Date: 2012-11-01
  • Invited
• [Presentation] ヒストンバリアントH3.3取り込みによる骨格筋分化運命決定 (2012)
  • Author(s): 大川 恭行
  • Organizer: 平成24年度遺伝研研究会「染色体ドメインの形成と機能発現機構」
  • Place of Presentation: 国立遺伝学研究所（静岡）
  • Year and Date: 2012-10-18
  • Invited
• [Presentation] 遺伝子をすべて見る研究への挑戦 (2012)
  • Author(s): 大川 恭行
  • Organizer: 「京」シンポジウム：新生命科学分野開拓とスーパーコンピュータ「京」
  • Place of Presentation: 九州大学医学部百年講堂（福岡）
  • Year and Date: 2012-08-03
  • Invited
• [Presentation] 高次クロマチン構造における細胞分化運命決定 (2012)
  • Author(s): 大川 恭行
  • Organizer: 第33回日本炎症・再生医学会
  • Place of Presentation: ホテル日航福岡（福岡）
  • Year and Date: 2012-07-05
  • Invited
• [Presentation] 骨格筋分化における高次クロマチン構造制御機構の解明 (2012)
  • Author(s): 大川 恭行
  • Organizer: 新学術領域「遺伝情報収納・発現・継承の時空間場」・第5回班会議
  • Place of Presentation: ルスツリゾート（北海道）
  • Year and Date: 2012-06-24
• [Presentation] The deposition of histone variant H3.3 mediated by transcription factors determines hematopoietic cell fate. (2012)
  • Author(s): Jun Odawara
  • Organizer: 第10回幹細胞シンポジウム
  • Place of Presentation: 淡路夢舞台国際会議場（兵庫）
  • Year and Date: 2012-06-01
• [Presentation] ヒストンバリアントH3.3取り込みによる骨格筋分化運命決定 (2012)
  • Author(s): 大川 恭行
  • Organizer: 第6回日本エピジェネティクス研究会年会
  • Place of Presentation: 学術総合センター（東京）
  • Year and Date: 2012-05-14
  • Invited
• [Presentation] Chd-2 dependent deposition of H3.3 is required for myogenic cell fate (2012)
  • Author(s): 大川恭行
  • Organizer: KEYSTONE SYMPOSIA
  • Place of Presentation: KEYSTONE RESORT, USA
  • Year and Date: 2012-01-19
• [Presentation] Control of gene expression through the phosphorylation of Ser2 and Ser5 of RNAP II : A combined analysis for ChIPseq and RNAseq (2012)
  • Author(s): 原田哲仁, 大川恭行
  • Organizer: KEYSTONE SYMPOSIA
  • Place of Presentation: KEYSTONE RESORT, USA
  • Year and Date: 2012-01-19
• [Presentation] The deposition of histone varients is the basis of chromatin structual changes in cell fate decision (2011)
  • Author(s): 大川恭行
  • Organizer: 第34回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜(神奈川)
  • Year and Date: 2011-12-16
• [Presentation] Chd-2 dependent deposition of H3.3 is crucial for Brg1 recruitment in myogenesis (2011)
  • Author(s): 原田哲仁, 大川恭行
  • Organizer: 第34回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜(神奈川)
  • Year and Date: 2011-12-15
• [Presentation] Visualization for nuclear distribution of PPARδ in myoblast (2011)
  • Author(s): 澤野祥子, 大川恭行
  • Organizer: 第34回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜(神奈川)
  • Year and Date: 2011-12-15
• [Presentation] Control of gene expression through the phosphorylation of Ser2 and Ser5 of RNAP II : A combined analysis for ChIPseq and RNAseq (2011)
  • Author(s): 前原一満, 大川恭行
  • Organizer: 第34回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜(神奈川)
  • Year and Date: 2011-12-14
• [Book] 実験医学 Vol.31 No.4 (2013)
  • Author(s): 大川恭行, 小田原淳, 原田哲仁
  • Publisher: 羊土社
• [Book] Methods Mol Biol. (2012)
  • Author(s): Ohkawa Y, et al.
  • Publisher: Springer社
• [Book] 細胞工学 Vol.31 No.8 (2012)
  • Author(s): 原田哲仁, 大川恭行
  • Publisher: 秀潤社
• [Remarks] 九州大学 医学研究院 先端医療医学部門 エピジェネティクス分野 ／ 大川研究室
  • URL: http://chromatin.med.kyushu-u.ac.jp/
• [Remarks]
  • URL: http://chromatin.med.kyushu-u.ac.jp/