2018 Fiscal Year Research-status Report
Regulome analysis of transcriptional regulatory network of immune suppressor cell differentiation in tumor micro environment
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18K07204
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| Research Institution | Yokohama City University |
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Principal Investigator |
中林 潤 横浜市立大学, 先端医科学研究センター, 准教授 (80322733)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 転写制御ネットワーク / モジュール / centrality / degree distribution / 階層構造 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究ではTumor Associated Macrophage (TAM)の分化を制御するマスター転写因子の同定を最終的な目的としているが、その第一段階として正常の血球系細胞の分化を制御する転写制御ネットワークを構築した。
GEOデータベースに公開されている血球系細胞14種類の遺伝子発現データを取得し、それぞれの細胞種で特異的に発現している転写因子を同定した。これらの転写因子のプロモータ中に高頻度に存在している転写因子の結合モチーフを抽出した。この情報に基づき、転写因子間の制御ネットワークを構築した。
血球系細胞の中で最終分化に至る前段階の血液幹細胞（Hematopoietic Stem Cell HSC）、（Multi-Potent Progenito MPP）、（Common Lyphoid Progenitor CLP）、（Common Myeloid Progenitos CMP）、の4種類の細胞に特に注目してネットワーク構造を詳細に解析した。
その結果、HSCと他の前駆細胞とでは転写制御ネットワークの構造が大きく変化することが解った。HSCの転写制御ネットワークでは、お互いに双方向性に制御し合う関係にある転写因子がネットワーク中に多く存在するのに対して、MPP、CLP、CMPのネットワークでは、少数の転写因子によって大多数の転写因子の発現が一方向性に制御されていることが解った。すなわち、前駆細胞の制御ネットワークは、他の転写因子を制御する転写因子のネットワークからなる制御層、一方向性に制御される側の転写因子のネットワークからなる出力層の、二層構造になっている。
HSCから前駆細胞へ分化のステップが進む際に見られる全能性や自己複製能の喪失は、転写制御ネットワークの構造が変化することと関連していると考えられる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
正常の血球系細胞の遺伝子発現データを使って、細胞種特異的に発現している転写因子を想定し、プロモータ領域に存在する転写因子結合モチーフの情報から、細胞種特異的転写因子の制御ネットワークを推定した。遺伝子発現データの取得～発現変動遺伝子の抽出～細胞種特異的転写因子の同定～プロモータに存在する転写因子結合モチーフの同定～転写制御ネットワーク構築と言う一連のプロセスが確立できた。
構築された制御ネットワークは従来の血球系細胞の分化モデルと符合しており、妥当なものと考えられる。媒介中心性やdegree distributionなど、ネットワークの構造を表す指標を計算して、ネットワークの構造を解析した。様々なネットワーク構造の解析手法を用いて、細胞の分化に伴う転写制御ネットワークの構造の変化を評価することが可能となった。
今回は公共データベースに公開されている正常血球系細胞のデータを使ったが、このネットワーク構築の方法はTumor Associated Macrophage（TAM）にも応用することができる。次年度ではTAMの遺伝子発現プロファイルを用いてTAM特異的転写因子を抽出し、プロモータ解析を行いネットワーク構築へと進展していく予定である。
この成果についてはAnnual Meeting of Mathematical Biology 2018 Sydneyで口頭発表を行った。また現在英文雑誌への投稿を準備しているところである。
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| Strategy for Future Research Activity |
正常の血球系細胞のデータを使って、転写制御ネットワーク構築の手法と、ネットワーク構造の解析方法を確立したので、今後はTAMの発現データを使って研究を進めていく予定である。
TAMの遺伝子発現プロファイルから、TAM特異的転写因子を抽出し、そのプロモータ領域に存在する転写因子結合モチーフを同定し、その情報に基づいてTAMにおける転写制御ネットワークを構築する。TAM特異的転写制御ネットワークの構造を解析して、TAMへの分化を制御するマスターレギュレーターの同定を試みる。血球系細胞の転写制御ネットワークで観察されたような二層構造がTAM特異的転写制御ネットワークにも観察されると期待される。そこでは制御層にあたる少数の転写因子によって、出力層の多数の転写因子が一方向性に支配されると考えられる。このように、その下流で大多数のTAM特異的転写因子を制御している転写因子がTAM分化のマスター制御因子の候補として挙げられる。転写制御ネットワークの解析が進んだところで、シグナル経路の解析に研究を進めていく予定である。TAM分化のマスター制御因子の発現を制御している細胞内シグナル伝達経路の同定を試みる。KEGGなどのパスウェイデータベースを検索し、細胞外のシグナルからTAM分化マスター制御因子へ至るシグナル経路を同定する。
次に。がん細胞自身やがん組織に浸潤している免疫系細胞などの発現プロファイルを取得し、TAM分化のマスター制御因子に至るシグナル経路を活性化しているシグナル分子を分泌している細胞を同定し、これらの細胞とTAMをつなぐシグナル分子のネットワークを構築する。最終的に細胞間シグナルネットワーク～TAM特異的転写制御ネットワークからなるTAM分化の制御ネットワークの全容を明らかにしていく予定である。
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