造血細胞の運命を決定するエンハンサーの同定とその制御機構の解明

2017 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 16K09846
• Research Institution: Shiga University of Medical Science
• Principal Investigator: 河原 真大 滋賀医科大学, 医学部, 講師 (80617449)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 白血病 / 造血分化 / エンハンサー / ヒストン修飾 / LSD1

Outline of Annual Research Achievements

我々は独自の先行研究において、LSD1阻害剤によって白血病細胞が分化誘導されること、特定の造血分化関連遺伝子が白血病細胞株において共通して上昇すること、それら遺伝子のスーパーエンハンサー(SE)が特異的に脱抑制されること、を明らかにした。そこで本研究では、①LSD1の支配下にあるSEが白血病や造血分化異常に果たす役割を明らかにすること、②なぜ特異的なSEがLSD1阻害剤によって脱抑制されるのかを解明すること、を目的として研究を行っている。①については、好中球分化に必須の転写因子GFI1のSEがLSD1阻害剤によって脱抑制される白血病細胞株だけで、LSD1阻害剤による白血病細胞の分化誘導が認められた。次に、Gfi1のSEをCISPR-CAS9システムを用いてノックアウトしたマウス（Gfi1-SE-KO）を作出した。造血幹細胞・前駆細胞でGfi1の発現が予想通り低下することが確認された。好中球数の異常や幼弱細胞の増加などといった変化は、これまでのところ認められないが、造血幹細胞に対する影響について、現在検討を行っている。②については、LSD1を中心としたSEを制御する分子メカニズムを解明することに取り組んだ。具体的には、白血病細胞の溶解物を用いてLSD1に対する免疫沈降を行い、その免疫沈降産物を質量分析計にて網羅的に解析した。すると複数のLSD1と結合する因子が同定され、その中には造血分化の決定に重要な転写因子が含まれていた。また我々のLSD1阻害剤は、特定の転写因子とLSD1との結合のみが阻害されることも発見した。この結果は、白血病発症の主要メカニズムの一つである分化停止は、少なくともいくつかの白血病細胞において、LSD1と特定の転写因子との協調作用に依存しているらしいことが判明した。蛋白間結合(PPI; protein-protein interaction)の阻害剤は、新たな治療薬モデルとして脚光を浴びており、本研究結果は新たな治療開発の基礎的データになるものと期待される。

Current Status of Research Progress

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

Reason

当初計画通り、Gfi1のSEをノックアウト（Gfi1-SE-KO)したマウスの作出に成功し、その機能解析を開始できている。また、質量分析解析も当初計画通り終了し、候補分子の同定ができた。さらに、LSD1阻害剤による特定の転写因子とLSD1との結合解離も発見することができた。

Strategy for Future Research Activity

Gfi1-SE-KOマウスの解析を行う。定常状態では血球数・分画に大きな異常を認めないので、低容量放射線を照射して骨髄異形成症候群（MDS)を発症しないか、FLT3やRASといった変異を加えてAML早期発症を起こさないかなどを確認する。また、質量分析で得た候補分子について、実際にSE上でLSD1と共役関係にあるのかをクロマチン免疫沈降法などを用いて解析し、新たな治療ターゲットとなるPPIを探索する。

Research Products

• [Journal Article] Selective dissociation between LSD1 and GFI1B by a LSD1 inhibitor NCD38 induces the activation of ERG super-enhancer in erythroleukemia cells. (2018)
  • Author(s): Yamamoto R, Kawahara M, Ito S, Satoh J, Tatsumi G, Hishizawa M, Suzuki T, Andoh A.
  • Journal Title: Oncotarget Volume: 印刷中 Pages: 印刷中
  • DOI: https://doi.org/10.18632/oncotarget.24774
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Analysis of endoscopic brush samples identified mucosa-associated dysbiosis in inflammatory bowel disease. (2018)
  • Author(s): Nishino K, Nishida A, Inoue R, Kawada Y, Ohno M, Sakai S, Inatomi O, Bamba S, Sugimoto M, Kawahara M, Naito Y, Andoh A
  • Journal Title: J Gastroenterol. Volume: 53 Pages: 95～106
  • DOI: 10.1007/s00535-017-1384-4
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Expression of human cathelicidin peptide LL-37 in inflammatory bowel disease. (2017)
  • Author(s): Kusaka S, Nishida A, Takahashi K, Bamba S, Yasui H, Kawahara M, Inatomi O, Sugimoto M, Andoh A
  • Journal Title: Clin Exp Immunol. Volume: 191 Pages: 96～106
  • DOI: 10.1111/cei.13047
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Nanoparticle curcumin ameliorates experimental colitis via modulation of gut microbiota and induction of regulatory T cells. (2017)
  • Author(s): Ohno M, Nishida A, Sugitani Y, Nishino K, Inatomi O, Sugimoto M, Kawahara M, Andoh A
  • Journal Title: PLoS One Volume: 12 Pages: e0185999
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0185999
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Expression of Interleukin-26 is upregulated in inflammatory bowel disease. (2017)
  • Author(s): Fujii M, Nishida A, Imaeda H, Ohno M, Nishino K, Sakai S, Inatomi O, Bamba S, Kawahara M, Shimizu T, Andoh A
  • Journal Title: World J Gastroenterol. Volume: 23 Pages: 5519～5529
  • DOI: 10.3748/wjg.v23.i30.5519
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Central nervous system involvement of acute promyelocytic leukemia, three case reports. (2017)
  • Author(s): Furuya A, Kawahara M*, Kumode M, Ohira Y, Usui A, Nagai S, Hosoba S, Minamiguchi H, Kito K, Andoh A
  • Journal Title: Clin Case Reports Volume: 5 Pages: 645～653
  • DOI: 10.1002/ccr3.919
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] A novel LSD1 inhibitor NCD38 ameliorates MDS-related leukemia with complex karyotype by attenuating leukemia programs via activating super-enhancers. (2017)
  • Author(s): Sugino N, Kawahara M*, Tatsumi G, Kanai A, Matsui H, Yamamoto R, Nagai Y, Fujii S, Shimazu Y, Hishizawa M, Inaba T, Andoh A, Suzuki T, Takaori-Kondo A
  • Journal Title: Leukemia Volume: 31 Pages: 2303～2314
  • DOI: 10.1038/leu.2017.59
  • Peer Reviewed
• [Presentation] sIL-2 receptor is one of the predictive marker of spontaneous regression in MTX-LPD. (2017)
  • Author(s): Saika M, Iwasa M, Nagai S, Asai A, Nishimura R, Furuya A, Kawahara M, Minamiguchi H, Kito K, Andoh A
  • Organizer: 第79回日本血液学会学術集会
• [Presentation] 当院における用量調整VRD療法 (2017)
  • Author(s): Asai A, Nagai S, Usui A, Kumode M, Iwasa M, Nishimura R, Kawahara M, Minamiguchi H, Kito K, Andoh A
  • Organizer: 第79回日本血液学会学術集会
• [Presentation] Aberrant repression of GFI1 super-enhancer by LSD1 plays an important role in leukemia programs in acute myeloid leukemia (2017)
  • Author(s): Goichi Tatsumi, Masahiro Kawahara, Akinori Kanai, Hirotaka Matsui, Ryusuke Yamamoto, Masakatsu Hishizawa, Toshiya Inaba, Takayoshi Suzuki, Akira Andoh, and Akifumi Takaori-Kondo
  • Organizer: 59th ASH Annual Meeting & Exposition
  • Int'l Joint Research