2018 Fiscal Year Annual Research Report

ゲノムDNA転写開始活性の数理的構造を用いた制御領域リバースエンジニアリング

Research Project

Project/Area Number	16H02902
Research Institution	Institute of Physical and Chemical Research
Principal Investigator	川路英哉国立研究開発法人理化学研究所, 生命医科学研究センター, 開発ユニットリーダー (20525406)
Project Period (FY)	2016-04-01 – 2021-03-31
Keywords	トランスクリプトーム / 転写開始活性 / プロモータ / エンハンサー / エピジェネティクス
Outline of Annual Research Achievements	近位・遠位より転写に影響を与える転写制御領域 (プロモータ・エンハンサー) について、これら近傍における転写活性の数理的構造を抽出する上で、転写開始活性の測定データ(CAGE)と共に転写に関与するエピジェネティックデータについて継続して整備を実施した。DNAとヒストンの複合体であるヌクレオソームが形成される位置をATAC-seqを用いて測定し、これらを転写開始活性データや他の公共エピジェネティックデータと統合的に活用する技術の開発を行った (https://doi.org/10.1101/314807)。転写活性の数理的構造の基礎検討を進める中で、これまでの測定手法では転写後調節による影響を大きく受けている点が喚起された。そこで新生RNAに着目した転写開始活性測定法の開発に携わっていた研究者と協力し、転写後調節による影響を受けない、転写開始活性のみを測定したデータの解析手法を検討した。細胞質に蓄積する極めて安定なRNAに由来するシグナルを取り除くことで転写開始活性の測定がより高感度になることが確認された。一方、エンハンサーの同定をこれまでと同様に実施すると特異度が下がる傾向が見られたことから、特異度を落とさずにエンハンサーを高感度に同定するパラメータを探索し決定した。本データと解析手法を用いることで、これまでには知られていなかった転写制御領域についても検討対象に加えることができ、また、転写後制御の影響を考慮せず転写開始活性を検討することが可能になった。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 近位・遠位より転写に影響を与える転写制御領域 (プロモータ・エンハンサー) について、これら近傍における転写活性の数理的構造を抽出する上で、まずは転写開始活性に関するデータ(CAGE)と共に転写に影響を与えうるデータの整備を実施した。最新のゲノムリファレンス上で転写開始活性データ利用を可能とするため、転写開始活性データの再処理を実施した (https://doi.org/10.5281/zenodo.545682)。さらに、転写開始活性データやエピジェネティックデータといった、ゲノム機能に関するデータを体系的に統合するための技術開発を実施し (https://doi.org/10.1101/314807)、これを用いて過去に産出されたヒトにおける転写開始活性データとエピジェネティックデータの統合を実施した (Lizio M et al., Nucleic Acids Res, 47:D752-D758, 2019)。また、ATAC-seqを用いてDNAとヒストンの複合体であるヌクレオソームが形成される位置を測定することで、公共エピジェネティックデータの補完を試みた。これらを元に、転写活性の数理的構造の基礎検討を進める中で、これまでの転写開始活性測定においては転写後制御による影響成分が不可分である点が指摘された。そこで、転写後制御による影響を受けない転写開始活性測定法の開発にとりくみ、そのデータ取得を進めつつある。
Strategy for Future Research Activity	転写後制御による影響を受けない転写開始活性の測定結果を、これまでに収集・整備した公共データに統合した上で、転写活性の数理的構造に関するこれまでの検討を更に推し進める。これと並行し、これまでに微かにしか測定できなかった転写開始活性を持つゲノム領域が持つ意味や役割に関する解析を実施する。転写制御領域 (プロモータ・エンハンサー) に関して、そのDNA配列や周囲の要素が異なる場合にはどのような転写開始活性になるかを実験的に評価する。