2019 Fiscal Year Research-status Report
分化とがん化に関わるクロマチンドメイン遷移のメカニズム解明
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18K19310
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| Research Institution | Japanese Foundation for Cancer Research |
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Principal Investigator |
斉藤 典子 公益財団法人がん研究会, がん研究所 がん生物部, 部長 (40398235)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2021-03-31
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| Keywords | ノンコーディングRNA / クロマチンドメイン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
適切な遺伝子の発現はあらゆる生命現象に重要である。真核生物のゲノムDNAは細胞核内で何層にもおりたたまれており、その様式が遺伝子のオン・オフを決める、ということがわかりつつある。近年、TAD （トポロジカル相互作用ドメイン）と呼ばれるMb単位のドメインと、転写活性なTADがつくるA-、不活性なTADが作るB-コンパートメントのスーパードメインの存在と重要性が明らかになってきた。エストロゲン受容体(ER)陽性乳がんに重要なESR1遺伝子座を含む0.7 Mbのゲノム領域は、がん化とともにエレノアノンコーディングRNAで活性化される“エレノアTAD”を形成し、さらにB-からA-コンパートメントに遷移する。本研究では、エレノアTADについて、分子機序を明らかにする。特に、「B-からA-コンパートメントへの遷移のドライビングフォースはノンコーディングRNAである」という可能性を検証することを主な目標としている。本研究は、従来の二次元的な遺伝子制御機序の発想に、３次元のゲノム構築と核内ノンコーディングRNAの重要性を組み込むもので、臨床研究への発展性も含めて、これまでの学術の方向を変革し発展させる挑戦的な研究である。
本年度は、原発乳がんモデル細胞（MCF7）と、再発乳がんモデル細胞（LTED）細胞、及びレスベラトロール処理によりエレノアを阻害したLTED-RES細胞を用いた高次クロマチン構造解析を行った。遡及的なエレノア阻害では、エレノアTAD全体がA→Bへの遷移を起こさないが、エレノアの転写に重要なシス因子における染色体間相互作用を変化させることを見出し、これらについて論文報告を行った。
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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
ER陽性乳がんの内分泌療法抵抗性モデル系であるLTED細胞では、ノンコーディングRNA群であるエレノアRNAが高発現している。エレノアはエストロゲン受容体 (ER)タンパク質をコードするESR1遺伝子およびその近傍の3遺伝子群を含む、およそ0.7 Mbのゲノム領域から転写される。この領域はTAD (topologically associating domain) におおよそ相当し、ES細胞（幹細胞）では転写不活性なB-コンパートメントに、乳腺に分化した細胞(MCF10A)ではそこから逸脱し、乳がん細胞(MCF7)では転写活性なA-コンパートメントに遷移する。このドメインの遷移がエレノアの発現によるものかどうかを明らかにするために、エレノアRNAをレスベラトロールで阻害したLTED細胞を準備し、コントロールのLTED細胞とともに、 Hi-C解析を行った。その結果、ドメインごと、コンパートメントが変化することはないものの、エレノアの発現に重要なシス因子部位でのクロマチン相互作用様式に変化をみとめた。従って、エレノアRNAは局所的な３Dゲノム構築に重要であることが明らかになった。これらの研究成果を論文報告した（Abdalla MOA et al, Nature Commun, 2019, Yamamoto T et al, Curr Opin Cell Biol 2019, Tachiwana et al, Curr Opin Genet and Dev, in press）。
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| Strategy for Future Research Activity |
今までの研究をさらに発展させる。今までに、再発乳がんモデル細胞LTEDおよびこの細胞をレスベラトロール処理することによりエレノアを阻害したLTED-RES細胞について、それぞれのHi-Cデータを得ている。これについて今までは、エレノアTADに限定して解析を行い、上述した研究成果を得た（Abdalla MOA et al, Nature Commun, 2019）。今後は、これをさらにゲノムワイドな解析に発展させる。レスベラトロール処理によって、TAD全体がB→A、またはA→Bに変遷するクロマチン部位を抽出する。またそこに関わる可能性を持つ新規ノンコーディングRNAを見出す。これは、エレノア TAD と同様にノンコーディング RNA で規定される可能性のあるドメインを同定し、ノンコーディングRNAの関与のメカニズム、ドメイン内の遺伝子群の転写状態への関与などを明らかにすることとなる。TAD 形成と維持、コンパートメント遷移に関わる普遍的な事象を抽出する。
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[Journal Article] Genome-wide kinetic properties of transcriptional bursting in mouse embryonic stem cells.2020
Author(s)
*Ochiai H, Hayashi T, Umeda M, Yoshimura M, Harada A, Shimizu Y, Nakano K, Saitoh N, Liu Z, Yamamoto T, Okamura T, Ohkawa Y, Kimura H, *Nikaido I
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Journal Title
Sci Adv
Volume: 6
Pages: eaaz6699
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Nucleosome destabilization by nuclear non-coding RNAs.2020
Author(s)
†Fujita R, †Yamamoto T, Arimura Y, Fujiwara S, Tachiwana H, Ichikawa Y, Sakata S, Yang L, Maruyama R, Hamada M, Nakao M, *Saitoh N, *Kurumizaka H
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Journal Title
Commun Biol
Volume: 3
Pages: 60
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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