2020 Fiscal Year Research-status Report
Search for new targets of endometriosis therapy based on gene expression profile by AI
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19K22688
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| Research Institution | Yamaguchi University |
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Principal Investigator |
杉野 法広 山口大学, 大学院医学系研究科, 教授 (10263782)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
浅井 義之 山口大学, 大学院医学系研究科, 教授 (00415639)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2022-03-31
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| Keywords | 子宮内膜症 / 遺伝子ネットワーク / バイオインフォマティクス / ブーリアンネットワーク / 数理モデル / マスターレギュレータ遺伝子 / HOXC8 / TGF-beta |
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| Outline of Annual Research Achievements |
子宮内膜症におけるマスター遺伝子の同定を行なった。卵巣チョコレート嚢腫から採取した子宮内膜間質細胞（choESC）の網羅的遺伝子発現データと、REACTOMEデータベースから入手した転写制御ネットワークデータを統合し、我々が開発した解析手法(SMITE)によって、マスター遺伝子候補としてHOXC8を含む12遺伝子を同定した。マスター遺伝子としての妥当性を評価するため、ブーリアンネットワークを用いた遺伝子発現遷移シミュレーション解析プログラムを開発した。この12遺伝子について、choESCの遺伝子発現状態から想定された10000通りの発現制御ネットワークにおいて、単独もしくは組み合わせで発現状態を変化させ、合計で10000 x 4095通りの組み合わせで発現遷移シミュレーションを行った。このうち、正常のESCの発現プロファイルに近かった上位0.01%（4095通り）の組み合わせには、HOXC8を含む12遺伝子全てが高頻度に含まれていた。
同定されたマスター遺伝子HOXC8の機能を調べるため、同遺伝子を過剰発現するESCを樹立し（HOXC8-ESCs）、細胞機能とtranscriptomeの解析を行った。HOXC8-ESCsでは、細胞増殖、遊走、線維化能が有意に亢進した。transcriptomeでは、TGFβシグナル経路の遺伝子の発現が有意に変化しており、同経路の活性化マーカーであるリン酸化SMAD2/SMAD3の発現が蛋白レベルで増加した。HOXC8によって亢進した線維化能は、TGFβ受容体I型キナーゼの選択的阻害剤により阻害された。
卵巣チョコレート嚢胞のマスター遺伝子としてHOXC8を同定した。細胞増殖、遊走、および線維化を含む卵巣チョコレート嚢胞の特徴的な細胞機能は、HOXC8とそれによって活性化されたTGFβシグナル経路により誘導されることが明らかとなった。
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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
昨年度は、既知の遺伝子ネットワーク情報を利用し抽出した12個のマスターレギュレータ遺伝子について、ブーリアンネットワークという数理モデルのシミュレーションによってマスターレギュレータ遺伝子として機能することを確認した。本年度は、その一つの遺伝子であるHOXC8に焦点を当て、HOXC8がマスターレギュレータ遺伝子として機能するかを、HOXC8遺伝子を導入した細胞を樹立しin vitroで解析した。細胞増殖、癒着、線維化などの卵巣チョコレート嚢胞の特徴はHOXC8によって引き起こされていると考えられ、HOXC8が子宮内膜症の発症に重要な上流因子であることを初めて明らかにすることができた。すなわち、子宮内膜症におけるマスターレギュレータ遺伝子の同定に成功したといえる。したがって、研究は、おおむね計画通りに進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
I. HOXC8によるTGF-β経路活性化の検討
TGF-βシグナルにおいて子宮内膜症の線維化に関与する経路はSmad経路、Rho-Rock経路がある。HOXC8過剰発現子宮内膜間質細胞(以下HOXC8-ESC)におけるSmad経路の活性化は、リン酸化Smad 2/3の発現上昇により確認済みである。(i)Rho-Rock経路の活性化の検討：HOXC8-ESCのRock活性をイムノブロット法で測定する。(ii)HOXC8過剰発現ESCにおけるSMAD経路/Rho-ROCK経路の阻害による線維化能の変化：Collagen gel contraction assay (以下CGCA)を用いた先行研究で、HOXC8過剰発現による線維化能の亢進は証明済みである。Smad経路とRho-ROCK経路のそれぞれの阻害薬であるALK5 inhibitor、ROCK inhibitorを添加してCGCAを行い、線維化能が抑制されるかを検討する。
II. 子宮内膜症細胞におけるHOXC8のTGF-β経路活性化の検討
子宮内膜症から分離した間質細胞 (choESC) におけるHOXC8の発現抑制実験：子宮内膜症でHOXC8は高発現である。choESCへのHOXC8の関与を検討するため、choESCでHOXC8発現を抑制(HOXC8-siRNAs)し、線維化能 (CGCA)が抑制されるかを検討する。
III. HOXC8過剰発現子宮内膜症細胞の移植モデルの作成：HOXC8-ESCを免疫不全マウスの腹腔内または腎被膜下に移植し、実際に腫瘤や癒着、繊維化を引き起こすかをin vivo で確認する。
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| Causes of Carryover |
・当初の計画では、TGF-βシグナルに関与する経路としてSmad経路の他にRho-Rock経路の関与も検討する予定であったが、阻害薬の手配の遅れがあり次年度の研究とした。
・子宮内膜症から分離した間質細胞に対してHOXC8の発現抑制実験を行ったが、病変から採取した細胞への遺伝子導入が困難であり、次年度の研究とした。
・さらに、次年度には、HOXC8遺伝子導入細胞を免疫不全マウスの腹腔内または腎被膜下に移植し、実際に腫瘤や癒着、繊維化を引き起こすかをin vivo で確認する実験に使用する。
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[Journal Article] Transcription factor C/EBPβ induces genome-wide H3K27ac and upregulates gene expression during decidualization of human endometrial stromal cells.2021
Author(s)
Tamura I, Maekawa R, Jozaki K, Ohkawa Y, Takagi H, Doi-Tanaka Y, Shirafuta Y, Mihara Y, Taketani T, Sato S, Tamura H, Sugino N
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Journal Title
Mol Cell Endocrinol
Volume: 15
Pages: 520:111085
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] An integrated genomic approach identifies HOXC8 as an upstream regulator in ovarian endometrioma.2020
Author(s)
Mihara Y, Maekawa R, Sato S, Shimizu N, Doi-Tanaka Y, Takagi H, Shirafuta Y, Shinagawa M, Tamura I, Taketani T, Tamura H, Abe T, Asai Y, Sugino N
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Journal Title
J Clin Endocrinol Metab
Volume: 105
Pages: 1-12
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Wilms tumor 1 regulates lipid accumulation in human endometrial stromal cells during decidualization.2020
Author(s)
Tamura I, Takagi H, Tanaka-Doi Y, Shirafuta Y, Mihara Y, Shinagawa M, Maekawa R, Taketani T, Sato S, Tamura H, Sugino N
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Journal Title
J Biol Chem
Volume: 295
Pages: 4673-4683
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Importance of melatonin in assisted reproductive technology and ovarian aging.2020
Author(s)
Tamura H, Jozaki M, Tanabe M, Shirafuta Y, Mihara Y, Shinagawa M, Tamura I, Maekawa R, Sato S, Taketani T, Takasaki A, Reiter RJ, Sugino N
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Journal Title
Int J Mol Sci
Volume: 21
Pages: 1135
DOI
Peer Reviewed
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