再発乳がんにおいて非コードRNAが形成する活性染色体ドメインの解明

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16H04744
• Research Institution: Kumamoto University
• Principal Investigator: 斉藤 典子 熊本大学, 発生医学研究所, 准教授 (40398235)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: RNA / 乳がん / 核内構造

Outline of Annual Research Achievements

乳がんのおよそ70％はエストロゲン受容体（ER）を発現するER陽性型で、その増殖は女性ホルモンであるエストロゲンに依存する。よって治療薬として、抗エストロゲン剤が効果的である。しかし治療が長期にわたると、高い頻度で難治性再発乳がんとなることが大きな問題である。
遺伝子の発現は、様々な階層で制御される。近年、タンパク質をコードしない非コードRNAが遺伝子の発現、エピジェネティック制御に重要な役割を持つことが示されてきており、その作用機序や高次生命現象における役割の理解が期待されている。
乳がんがエストロゲンに非依存的に増殖する能力を獲得する過程においては、ERが過剰発現する。この際に、ESR1遺伝子座を含む広範なゲノム領域から、非コードRNA群エレノアが転写され、ESR1遺伝子座を取り囲むようにしながら核内に塊（RNAクラウド）を形成する。エレノアは、ER遺伝子（ESR1）座の染色体に相互作用し、ESR1 mRNAの転写を活性化し、がん細胞の増殖を促進する。本研究では、この非コードRNAを介した新しいタイプの転写活性化のメカニズムを深く追求することを目的とする。具体的には、①エレノアRNAクラウド形成を促進、阻害する薬剤を探索し、それら薬剤の活性機序を明らかにするとともにエレノアの作用機序を明らかにする。②ESR1染色体ドメイン内で最も発現が高い非コードRNAについて、ドメイン全体の形成と維持に関わるスーパーエンハンサーとしての活性を持つ可能性を検証する。③生細胞内でエレノアRNAと、ESR1遺伝子座を生細胞で可視化することなどを目標とする。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

乳がんが治療抵抗性を獲得する際のクロマチンドメイン形成に関して、主にエレノアが転写されるゲノム領域についてエピゲノム動態解析に着手した。また、細胞核内に形成され、転写の活性ドメインに関わると考えられるエレノアRNAクラウド形成を促進、阻害するものを探索した。ヒトER陽性乳がんのモデルであるMCF7細胞において、エレノアクラウドの形成を有意に促進するもの、ESR1 mRNAやERタンパク質の合成を阻害するものなど数種をみいだした。MCF7細胞においてESR1 mRNAの転写がERにより自己阻害されていることが示唆された。また、天然化合物で、エレノアクラウドの形成、ESR1 mRNAの転写、LTED (long term estrogen deprivation) 細胞の増殖阻害をするものを同定した。また、生細胞内でエレノアRNAと、ESR1遺伝子座を可視化することを目的として、エレノアゲノム領域、エレノアRNAをそれぞれ異なる波長を持つ蛍光タンパク質により標識する技術に取り組んだ。LTED細胞ではかなわなかったものの、MCF7細胞のエレノア発現部位を可視化する細胞株を樹立した。

Strategy for Future Research Activity

今までに得られた研究成果をもとに、核内非コードRNAエレノアが、ESR1遺伝子座の染色体ドメインを形成し、ドメイン内の遺伝子の転写を活性化するメカニズムを精細に理解することを目指す。第一に、エレノアRNAクラウドの形成をMCF細胞で促進する薬剤、あるいはLTED細胞で阻害する薬剤などについて、その作用機序について、ESR1 mRNAの転写や細胞の増殖に対する影響を中心に調べる。増殖に影響が示された場合は、その他の乳腺、乳がん由来、あるいは非乳がん細胞に対する作用を調べ、その特異性を明らかにする。将来的に、マウスへのゼノグラフトと薬剤投与の手技を用いた解析に発展させることを視野にいれる。次に、乳がんが治療抵抗性を獲得する際の活性クロマチンドメイン形成に関して、エレノアRNA群が転写されるおよそ0.7 Mbの領域を中心にそのエピゲノムをChIP-Seqなどで詳細に解析する。活性クロマチンドメインを形成するために重要と思われる領域については、ChIP-qPCRなどでさらに確認を行う。その領域から非コードRNAが転写される場合はそれに対するRNA干渉などを行いその作用を阻害し、エレノアRNAクラウドへの影響、ESR1 mRNA転写への影響、細胞増殖への影響　などを調べる。また、エレノアRNAを産生しない細胞に異所的にエレノアRNAを発現させ、活性クロマチン形成、転写、エピゲノム、細胞増殖などへの影響を調べる。非コードRNAが介するクロマチン制御の新たなメカニズムを解明する。

Research Products

• [Int'l Joint Research] NIA, NIH(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: NIA, NIH
• [Int'l Joint Research] Harbin Medical University(中国)
  • Country Name: CHINA
  • Counterpart Institution: Harbin Medical University
• [Journal Article] Analysis of estrogen receptor beta gene methylation in autistic males in a Chinese Han population. (2017)
  • Author(s): Wang, X., Liang, S., Sun, Y., Li, H., Endo, F., Nakao, M., Saitoh, N.* and Wu, L.*
  • Journal Title: Metab Brain Dis Volume: - Pages: -
  • DOI: 10.1007/s11011-017-9990-7.
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] The SETD8/PR-Set7 Methyltransferase Functions as a Barrier to Prevent Senescence-Associated Metabolic Remodeling. (2017)
  • Author(s): Tanaka, H., Takebayashi, S.I, Sakamoto, A., Igata, T., Nakatsu, Y., Saitoh, N., Hino, S., Nakao, M.*
  • Journal Title: Cell Rep Volume: 18 Pages: 2148-2161
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2017.02.021.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Roles of long non-coding RNAs in chromosome domains. (2016)
  • Author(s): Tomita, S., Abdalla, M. O. A., Fujiwara, S., Yamamoto, T., Iwase, H., Nakao, M.,*. and Saitoh, N.*
  • Journal Title: WIREs RNA Volume: - Pages: -
  • DOI: 10.1002/wrna.1384.
  • Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Nuclear extrusion precedes discharge of genomic DNA fibers during tunicamycin-induced neutrophil extracellular trap-osis (NETosis)-like cell death in cultured human leukemia cells. (2016)
  • Author(s): Nakayama, T., Saitoh, N, Morotomi-Yano, K., Yano, K.I., Nakao, M, Saitoh, H*.
  • Journal Title: Cell Biol Int Volume: 40 Pages: 597-602
  • DOI: 10.1002/cbin.10594.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Loss of the integral nuclear envelope protein SUN1 induces alteration of nucleoli. (2016)
  • Author(s): Matsumoto, A., Sakamoto, C., Matsumori, H., Katahira, J., Yasuda, Y., Yoshidome, K., Tsujimoto, M., Goldberg, I. G., Matsuura, N., Nakao, M., Saitoh, N.*, Hieda, M.
  • Journal Title: Nucleus Volume: 7 Pages: 68-83
  • DOI: 10.1080/19491034.2016.1149664.
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] ER陽性乳がんにおけるエレノアドメインのダイナミックなクロマチン制御 (2016)
  • Author(s): 山本達郎、前原一満、大川恭行、三浦尚、平谷伊智朗、斉藤典子、中尾光善
  • Organizer: 第39回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 神奈川県 横浜市 パシフィコ横浜
  • Year and Date: 2016-11-30 – 2016-12-02
• [Presentation] 乳がんにおいて非コードRNA群が規定する活性染色体ドメイン (2016)
  • Author(s): 斉藤典子、モハメドオサマアブダラ、藤原沙織、山本達郎、冨田さおり、前原一満、大川恭行、中尾光善.
  • Organizer: 第39回日本分子生物学会年会 シンポジウム1AS13「発生・老化・疾患をつかさどるクロマチンイベント」
  • Place of Presentation: 神奈川県 横浜市 パシフィコ横浜
  • Year and Date: 2016-11-30
  • Invited
• [Presentation] 機械学習画像解析ウインチャームによる胃がん組織の判別 (2016)
  • Author(s): 安田洋子、徳永和明、坂本智代美、斉藤典子、中尾光善
  • Organizer: 第39回日本分子生物学会
  • Place of Presentation: 神奈川県 横浜市 パシフィコ横浜
  • Year and Date: 2016-11-30
• [Presentation] 非コードRNAにより規定されるクロマチンドメイン (2016)
  • Author(s): 斉藤典子、モハメドオサマアブダラ、藤原沙織、山本達郎、冨田さおり、前原一満、大川恭行、中尾光善.
  • Organizer: 遺伝研研究会「クロマチン・細胞核の動的構造変換とエピジェネティック制御」
  • Place of Presentation: 静岡県 三島市 遺伝学研究所
  • Year and Date: 2016-10-27
  • Invited
• [Presentation] BRD4はMMP2のエピジェネティックな調節を介して口腔扁平上皮癌の転移に関与する (2016)
  • Author(s): 山本達郎、廣末晃之、中元雅史、吉田遼司、川原健太、永田将士、田中拓也、斉藤典子、中尾光善、中山秀樹
  • Organizer: 第75回日本癌学会学術総会
  • Place of Presentation: 神奈川県 横浜市 パシフィコ横浜
  • Year and Date: 2016-10-06 – 2016-10-08
• [Presentation] 乳がんの治療耐性獲得に関わる核内非コードRNAエレノア (2016)
  • Author(s): 斉藤典子、モハメドオサマアブダラ、藤原沙織、山本達郎、冨田さおり、前原一満、大川恭行、中尾光善
  • Organizer: 第89回日本生化学会大会 シンポジウム1S15「疾患における細胞核・クロマチンの動態変動 」
  • Place of Presentation: 宮城県 仙台市 東北大学川内北キャンパス
  • Year and Date: 2016-09-25
  • Invited
• [Presentation] siRNA ハイコンテントスクリーニングによる細胞核構築の解析 (2016)
  • Author(s): 斉藤典子、松森はるか、安田洋子、坂本智代美、檜枝美紀、Ilya G Goldberg、中尾光善
  • Organizer: バイオイメージ・インフォーマティクス ワークショップ2016
  • Place of Presentation: 大阪府 吹田 大阪大学 吹田キャンパス 銀杏会館
  • Year and Date: 2016-06-23
  • Invited
• [Presentation] パターン認識プログラムと細胞核形態に着目した癌組織の定量化 (2016)
  • Author(s): 安田洋子、徳永和明、坂本智代美、斉藤典子、中尾光善
  • Organizer: バイオイメージ・インフォマティクスワークショップ2016
  • Place of Presentation: 大阪府 吹田市 大阪大学吹田キャンパス
  • Year and Date: 2016-06-22
• [Presentation] Nuclear structures for gene regulation: the nucleolus and RNA clouds (2016)
  • Author(s): Saitoh, N.
  • Organizer: NIA/NIH seminar
  • Place of Presentation: NIA/NIH, Bethesda, Maryland, USA
  • Year and Date: 2016-05-09
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Machine learning image analysis reveals structural roles of ribosomal proteins in the nucleolus and Diamond-Blackfan anemia (2016)
  • Author(s): Matsumori, H., Osakada, H., Haraguchi, T., Ito, E., Goldberg, I.G., Nakao, M., and Saitoh, N.
  • Organizer: Cold Spring Harbor Laboratory Meeting; Nuclear organization & function
  • Place of Presentation: Cold Spring Harbor Laboratory, NY, USA
  • Year and Date: 2016-05-03 – 2016-05-07
  • Int'l Joint Research
• [Book] 基礎分子生物学II : 遺伝子発現制御機構 (田村隆明・浦聖惠 編) クロマチンから核構造へ (2017)
  • Author(s): 山本達郎、中尾光善、斉藤典子
  • Total Pages: p231-242 (総ページ数：250ページ)
  • Publisher: 東京化学同人
• [Remarks] 熊本大学発生医学研究所
  • URL: http://www.imeg.kumamoto-u.ac.jp/