転写因子の翻訳後調節による細胞増殖オン・オフの制御

2016 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 15K09464
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 峯岸 直子 東北大学, 東北メディカル・メガバンク機構, 教授 (40271895)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 勝岡 史城 東北大学, 東北メディカル・メガバンク機構, 准教授 (30447255)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: 血液腫瘍学 / 転写因子 / GATA因子 / 細胞周期制御 / 翻訳後調節

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、外部刺激によって細胞周期の開始や停止が決定される際に、シグナル因子による転写因子の翻訳後調節が果たす役割を明らかにする。
GATA因子群は, 因子間で相同性の高いジンクフィンガー構造を使って、一定のDNA配列（WGATAR)に結合し、遺伝子の転写のオンオフ調節を行う転写因子群である。その中でも、GATA2とGATA3は、ジンクフィンガー以外の部分も含めて非常に相同性が高く、双方ともに共通の構造に含まれる特定のアミノ酸残基が、CDKなどの酵素によるリン酸化を受け、それを契機としてユビキチン化依存性のタンパク質分解を受ける（Nakajima2015）。また、ノックアウトマウスなどの実験から、GATA2は造血幹細胞・前駆細胞の制御に必須であり、GATA3はTリンパ球の分化や機能に必須の転写因子であることが報告されている。研究代表者は、血液細胞に発現するGATA2の解析から、シグナル伝達系を介した翻訳後修飾が、両因子による細胞周期の制御に重要であることを示唆する結果を得ており、本研究課題では、GATA2のリン酸化やユビキチン化などの翻訳後調節と造血系細胞の増殖制御との関係を分子生物学的に明らかにすることを当初の目標とした、しかし、ヒトの遺伝的多型とTリンパ球機能異常による疾患発症の関係を解析するのに適した研究環境にあることから、H28年度にはTリンパ球を使ったGATA3の翻訳後調節の解明を目指して、細胞の準備を進め、検証系の検討を行った。IL-2等で刺激したリンパ球について細胞周期のオンオフの解析をするには、一度細胞増殖を停止させた後で、細胞周期を同調して培養する条件を探すなどの検討が必要であるが、未だ、末梢血T細胞の培養では最適な実験条件を見いだすことができておらず、特定の細胞周期の細胞を揃えてChIPseqのような網羅的な解析を実施するには至らなかった。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

課題採択時には、過去の研究実績に基づいて、マウス造血幹細胞や前駆細胞の増殖の調節に関わる転写因子GATA2を中心に検討を行った。しかし、研究代表者は、全ゲノム解析情報が明らかな多様性に富んだヒトリンパ球を保存するバイオバンクの運営に関わる立場であり、サイトカイン刺激などによるTリンパ球の活性化が多くの疾患発症と関わる可能性が報告されていることから、平成28年度には、Tリンパ球の制御に重要な働きをするGATA3を主要な研究対象とすることとし、検討を進めた。ヒトGATA3はマウスGATA3、マウスGATA2との相同性が高く、同じDNA配列に結合し、GATA2/GATA3間の保存されたアミノ酸残基がリン酸化されることをきっかけに、ユビキチン依存性分解を受ける（Nakajima 2015）。.
H28年度には、約2000人分の全ゲノムデータを使ってGATA2, GATA3の構造変化や発現量の変化をもたらすヒト遺伝子多型の探索を行った。また、T細胞や不死化B細胞を用いたChIPseqやRNAseqの準備を進めた。すでに、研究代表者の所属組織では、提供者約の末梢血細胞を保存し、それらをInterleukin2＋抗CD28抗体で刺激して、累計1500人分以上の末梢血T細胞を保存しており、これらを使った解析も視野に入れて準備中である。しかし、IL-2等で刺激したリンパ球について細胞周期のオンオフの解析をするには、一度細胞増殖を停止させた後で、細胞周期を同調して培養する条件を探すなどの検討が必要であるが、未だ、末梢血T細胞の培養では最適な実験条件を見いだすことができておらず、特定の細胞周期の細胞を揃えてChIPseqのような網羅的な解析を実施するには至らなかった。

Strategy for Future Research Activity

サイトカイン依存性マウス細胞株を使った実験については細胞周期の停止と同調培養の条件が決定されており、まずは、これを用いてマウスGATA2の標的遺伝子のエピゲノム変化や遺伝子発現などの解析を検討し、すでにデータが蓄積している論文の完成を目指す。
一方で、研究代表者が所属するバイオバンクの遺伝情報の蓄積を利用して、ヒト末梢血由来T細胞を用いた検討も並行して実施し、サイトカイン除去・再添加による細胞周期同調培養システムを構築し、リン酸化やユビキチン依存性分解に関わることが推定されるGATA2, GATA3のアミノ酸残基をコードする塩基配列の変異情報や、各種CDKやMAPKなどのリン酸化酵素遺伝子の変異情報をもとに、ヒト疾患とGATA2, GATA3による制御の関係解明を目指す。

Causes of Carryover

ヒト全ゲノム情報を持つヒト末梢血由来細胞試料の作成や、実験条件の検討などが先行し、マウス関係の解析が遅延したこともあり、ChIPseqや論文投稿などに使う費用を次年度に繰り越すこととなった。

Expenditure Plan for Carryover Budget

網羅的な遺伝子・エピゲノム解析と、細胞を使った実験にかかる費用として使用する予定である。

Research Products

• [Journal Article] Renal anemia model mouse established by transgenic rescue with an erythropoietin gene lacking kidney-specific regulatory elements (2017)
  • Author(s): Hirano I, Suzuki N, Yamazaki S, Sekine H, Minegishi N, Shimizu R, Yamamoto M.
  • Journal Title: Molecular and Cellular Biology Volume: 36 Pages: e00451-16
  • DOI: 10.1128/MCB.00451-16
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Genetic predisposition to ischemic stroke: A polygenic risk score (2017)
  • Author(s): Hachiya T, Kamatani Y, Takahashi A, Hata J, Furukawa R, Shiwa Y, Yamaji T, Hara M, Tanno K, Ohmomo H, Ono K, Takashima N, Matsuda K, Wakai K, Minegishi N, et.al
  • Journal Title: Stroke Volume: 48 Pages: 253-258
  • DOI: 0.1161/STROKEAHA.116.014506
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The structural origin of metabolic quantitative diversity (2016)
  • Author(s): Koshiba S, Motoike I, Kojima K, Hasegawa T, Shirota M, Saito T, Saigusa D, Danjoh I, Katsuoka F, Ogishima S, Motohashi H, Hozawa A, Kuriyama S, Minegishi N, et al.
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 6 Pages: 6:31463
  • DOI: 10.1038/srep31463
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The Tohoku Medical Megabank Project: Design and Mission (2016)
  • Author(s): Kuriyama S, Yaegashi N1, Nagami F, Arai T, Kawaguchi Y, Osumi N, Sakaida M, Suzuki Y, Nakayama K, Hashizume H, Tamiya G, Kawame H, Suzuki K, Minegishi N, et al.
  • Journal Title: Journal of Epidemiology Volume: 26 Pages: 493-511
  • DOI: 10.2188/jea.JE20150268
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Experience as the Public Population-Based Biobank in the Disaster- Stricken Areas in Japan (2017)
  • Author(s): Minegishi N, the Tohoku Medical Megabank Project Study Group
  • Organizer: The 2017 Japan-NIH Joint Symposium on Advances in Biomedical Research and Disease
  • Place of Presentation: Tohoku University (Sendai, Miyagi)
  • Year and Date: 2017-02-15 – 2017-02-17
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] TMM Biobank, an Integrated Population-Based Biobank, as a Part of the Reconstruction Project after Tsunami Disaster (2016)
  • Author(s): Minegishi N, Kudo H, Nobukuni T, Terakawa T, Suzuki S, Nishijima I, Ishida N, Yamashita, R Satoh M, Sasaki M, Yamamoto M and the Tohoku Medical Megabank Project Study Group
  • Organizer: Europe Biobank Week, Biobanking for Health Innovation
  • Place of Presentation: Vienna, Austria
  • Year and Date: 2016-09-13 – 2016-09-16
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Reliability of ID Management in a Japanese Population-Based Biobank (2016)
  • Author(s): Kudo H, Nishijima I, Terakawa T, Nobukuni T, Ishida N, Yamashita R, Yamaguchi-Kabata Y, Kojima K, Saito S, Ogishima S, Katsuoka F, Nagasaki M, Yasuda J, Satoh M, Minegishi N, Sasaki M, Yamamoto M, the Tohoku Medical Megabank Project Study Group
  • Organizer: Europe Biobank Week, Biobanking for Health Innovation
  • Place of Presentation: Vienna, Austria
  • Year and Date: 2016-09-13 – 2016-09-16
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] TMM Biobank Preparing for the 2nd Stage Program (2016)
  • Author(s): Minegishi N, Kudo H, Yamashita R, Ishida N Terakawa T, Nishijima I, Nobukuni T
  • Organizer: NHRI-ToMMo Conference Genomics, Biobanking, and Medical informatics for Precision Medicine
  • Place of Presentation: Tohoku University (Sendai, Miyagi)
  • Year and Date: 2016-07-15 – 2016-07-16
  • Int'l Joint Research