Understanding of disease-associated epigenome regulatory mechanisms through high-resolution detection of hyperactive chromatin

2017 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16H05089
• Research Institution: Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: 梅原 崇史 国立研究開発法人理化学研究所, ライフサイエンス技術基盤研究センター, ユニットリーダー (20415095)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: エピジェネティクス / 遺伝子 / 転写 / クロマチン / ヒストン / エピゲノム / がん / 診断

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、ヒト細胞において遺伝子発現が超活性化したヒストンH4のリジンアセチル化クロマチンをヌクレオソーム分解能で検出する新規技術開発を通して疾患細胞におけるエピゲノム異常を高分解能で同定し、その形成機構を理解することを目的としている。本年度は、昨年度までに技術開発したヒストンH4の高アセチル化に関するヌクレオソーム分解能での検出法の有用性を実証するために、4種類のヒト疾患関連の細胞株を用いてそれぞれの細胞株からクロマチン画分の調製と剪断クロマチン断片の調製を行った。次に、ヒストンH4の高アセチル化修飾について、各種のエピゲノム認識抗体と比較する形式でクロマチン免疫沈降-次世代シークエンス（ChIP-seq）のデータを共同研究を通して取得した。これらの疾患関連細胞株について遺伝子産物の包括的な定量解析を行い、一部の細胞株のデータについてエピゲノム修飾と遺伝子転写との相関関係をゲノム規模で解析した。これにより、特定の細胞株におけるヒストンH4の高アセチル化修飾と他のクロマチン修飾やBETブロモドメインタンパク質との共局在の特徴を明らかにした。また、ヒストンH4の高アセチル化認識抗体について試験管内蛋白質合成系で重鎖および軽鎖を生合成し、Fabの試験管内再構成とその機能解析を行った。さらに、従来のChIP-seqにおけるシグナル検出効率を改善させるための新規技術開発をめざして、Fabの変異体タンパク質を調製し、ChIPにおいてそれらの活性を試験管内系で比較評価した。

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

当初立案していた研究計画の主要内容について予想以上に研究が進展し、論文が受理されるに至ったため。

Strategy for Future Research Activity

基本的に当初計画通りに進める。ただし今年度は研究内容が予想以上に進展したため、疾患関連細胞における新規のエピゲノムの特徴解析にも着手する予定である。

Research Products

• [Journal Article] Lysine-specific demethylase 1 inhibitors prevent teratoma development from human induced pluripotent stem cells (2018)
  • Author(s): Osada N, Kikuchi J, Umehara T, Sato S, Urabe M, Abe T, Hayashi N, Sugitani M, Hanazono Y, Furukawa Y
  • Journal Title: Oncotarget Volume: 9 Pages: 6450-6462
  • DOI: 10.18632/oncotarget.24030
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] IRS-1 acts as an endocytic regulator of IGF-I receptor to facilitate sustained IGF signaling (2018)
  • Author(s): Yoneyama Y, Lanzerstorfer P, Niwa H, Umehara T, Shibano T, Yokoyama S, Chida K, Weghuber J, Hakuno F, Takahashi SI
  • Journal Title: Elife Volume: 7 Pages: e32893
  • DOI: 10.7554/eLife.32893
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Development and crystallographic evaluation of histone H3 peptide with N-terminal serine substitution as a potent inhibitor of lysine-specific demethylase 1 (2017)
  • Author(s): Amano Y, Kikuchi M, Sato S, Yokoyama S, Umehara T, Umezawa N, Higuchi T
  • Journal Title: Bioorg. Med. Chem. Volume: 25 Pages: 2617-2624
  • DOI: 10.1016/j.bmc.2017.03.016
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Crystal structure of RNA polymerase II from Komagataella pastoris (2017)
  • Author(s): Ehara H, Umehara T, Sekine SI, Yokoyama S
  • Journal Title: Biochem. Biophys. Res. Commun. Volume: 487 Pages: 230-235
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2017.04.039
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Temperature-sensitive substrate and product binding underlie temperature-compensated phosphorylation in the clock (2017)
  • Author(s): Shinohara Y, Koyama YM, Ukai-Tadenuma M, Hirokawa T, Kikuchi M, Yamada RG, Ukai H, Fujishima H, Umehara T, Tainaka K, Ueda HR
  • Journal Title: Molecular Cell Volume: 67 Pages: 783-798
  • DOI: 10.1016/j.molcel.2017.08.009
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Potent inhibitor of LSD1 as a treatment of glioblastoma (2018)
  • Author(s): Umehara, T.
  • Organizer: Japan Life Sciences Showcase at the New York Pharma Forum
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] GAS41のYEATSドメインによるアセチル化ヒストンテイルの分子認識機構 (2018)
  • Author(s): 菊地正樹, 丹羽英明, 梅原崇史
  • Organizer: 第138回日本薬学会年会
• [Presentation] 特異な構造を有するCyproheptadine誘導体のSet7/9阻害剤としての機能解析 (2018)
  • Author(s): 平野智也, 平野道丈, 藤原敬士, 梅原崇史, 伊藤昭博, 吉田 稔, 影近弘之
  • Organizer: 第138回日本薬学会年会
• [Presentation] Structural analyses of nucleosome core particles with pinpoint chemical modifications (2017)
  • Author(s): Umehara, T., Fujii, Y., Wakamori, M., Yokoyama, S.
  • Organizer: EMBL Conference on the Nucleosome: From Atoms to Genomes
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Phosphorylation-dependent structural and functional changes of FACT (2017)
  • Author(s): Aoki, D., Kuwabara, N., Uewaki, J., Tochio, N., Umehara, T., Tate, S.
  • Organizer: EMBL Conference on the Nucleosome: From Atoms to Genomes
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 一時的な環状化を用いた還元環境応答型LSD1阻害ペプチドの開発 (2017)
  • Author(s): 梅澤直樹, 天野祐一, 佐藤 心, 渡辺寿美, 梅原崇史, 樋口恒彦
  • Organizer: 日本ケミカルバイオロジー学会 第12回年会
• [Presentation] 特異な構造を有するCyproheptadine誘導体のSet7/9阻害剤としての構造展開 (2017)
  • Author(s): 平野智也, 平野道丈, 藤原敬士, 梅原崇史, 伊藤昭博, 吉田 稔, 影近弘之
  • Organizer: 第35回メディシナルケミストリーシンポジウム
• [Presentation] LSD1を阻害する還元環境応答性環状ペプチドの開発 (2017)
  • Author(s): 梅澤直樹, 天野祐一, 北川宙輝, 佐藤 心, 菊地正樹, 渡辺寿美, 梅原崇史, 樋口恒彦
  • Organizer: 第35回メディシナルケミストリーシンポジウム
• [Presentation] 無細胞タンパク質合成系を利用した翻訳後修飾認識抗体の開発 (2017)
  • Author(s): 梅原崇史
  • Organizer: 第12回無細胞生命科学研究会
• [Presentation] 無細胞系を利用したdiアセチル化蛋白質の合成とその認識抗体の作製 (2017)
  • Author(s): 若森昌聡, 松田貴意, 伊藤拓宏, 坂本健作, 横山茂之, 梅原崇史
  • Organizer: 第12回無細胞生命科学研究会
• [Presentation] 天然変性領域における多重リン酸化を介したクロマチン構造変換因子FACTの機能制御機構 (2017)
  • Author(s): 青木大将, 上脇隼一, 森田 鋭, 栃尾尚哉, 梅原崇史, 楯 真一
  • Organizer: 第40回日本分子生物学会年会 第90回日本生化学会大会
• [Presentation] Structural and biochemical studies on inhibitors against FAD-dependent histone lysine demethylases (2017)
  • Author(s): Niwa, H., Sato, S., Hashimoto, T., Ikeda, M., Ohsawa, N., Wakiyama, M., Shirouzu, M., Matsuno, K., Umehara, T.
  • Organizer: 第40回日本分子生物学会年会 第90回日本生化学会大会
• [Presentation] エピヌクレオソームを用いたクロマチンの再構成研究 (2017)
  • Author(s): 梅原崇史
  • Organizer: 第40回日本分子生物学会年会 第90回日本生化学会大会
  • Invited
• [Presentation] アシル化ヒストンテイルを認識するYEATSドメイン含有タンパク質GAS41の結晶構造解析 (2017)
  • Author(s): 菊地正樹, 丹羽英明, 佐藤 心, 梅原崇史
  • Organizer: 第40回日本分子生物学会年会 第90回日本生化学会大会
• [Presentation] 残基特異的アセチル化ヌクレオソームを利用したYEATSドメインタンパク質の機能評価 (2017)
  • Author(s): 五島美絵, 森田 鋭, 菊地正樹, 若森昌聡, 花田和晴, 赤坂領吾, 大沢 登, 白水美香子, 梅原崇史
  • Organizer: 第40回日本分子生物学会年会 第90回日本生化学会大会
• [Remarks]
  • URL: http://www.riken.jp/research/labs/bdr/epigen_drug_discov/
• [Remarks]
  • URL: http://www.bdr.riken.jp/jp/research/labs/umehara-t/index.html