2018 Fiscal Year Annual Research Report
Elucidation of epigenetic regulation of erythropoiesis to develop novel therapeutic strategy
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18H05374
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
五十嵐 和彦 東北大学, 医学系研究科, 教授 (00250738)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
張替 秀郎 東北大学, 医学系研究科, 教授 (50302146)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2021-03-31
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| Keywords | 造血幹細胞 / 老化 / 転写因子 / 遺伝子発現 / 骨髄異形成症候群 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
SAM (S-アデノシルメチオニン) はメチオニン回路にて合成され、核酸やタンパク質等のメチル化反応で主なメチル基供与体として機能する。しかし、細胞増殖・分化時のSAM量の変動には不明な点が多い。代表者らは、SAMの量的変動が細胞応答を引き起こす可能性を考え、マウスでメチオニン回路阻害剤投与実験を行い、同回路の操作が、エリスロポエチン非依存性の赤血球造血を促進するという驚くべき新規知見を得た。本知見に基づき、エピジェネティック機構による赤血球造血調節機構の解明を本研究の主目的とする。また赤血球造血におけるSAMとメチオニン回路の機能の解明を副目的とする。
2018年度は、以下の項目について研究を進め赤血球分化におけるエピジェネティク機構について重要な成果を得ることができた。
1) 赤芽球の網羅的エピジェネティック修飾変動解析；メチオニン回路酵素阻害剤投与マウスおよび対照マウスより赤芽球をソートし、DNAのメチル化変動をWGBS (whole genome bisulfite sequence) で、ヒストンのメチル化変動をヒストン修飾抗体のChIP-seq (chromatin immunoprecipitation sequence) で解析した。それぞれのデータを解析し、メチオニン回路酵素阻害により生じるエピゲノム変動の一端を解明した。
2) 赤芽球造血促進をもたらすタンパク質同定; タンパク質レベルで赤血球造血をもたらす因子を同定することを目指して、骨髄および赤芽球のプロテオームを質量分析で測定した。
3) 赤血球造血促進因子の同定; 上記のデータの統合解析でメチオニン回路阻害剤投与効果に関わる「赤血球造血促進遺伝子」の候補を抽出した。
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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
代表者らは既にマウスへのメチオニン回路阻害剤の投与が骨髄赤芽球第II分画 (好塩基性赤芽球) のSAM濃度を低下させ、本分画からの赤血球造血が著明に促進することについて、様々な条件下で再現実験を行うことにも成功し、本課題の妥当性に自信をもっている。また、当該分画の網羅的トランスクリプトーム解析 (RNA-sequence) で広範な遺伝子発現変動が惹起されている事も確認している。このような知見はこれまで知られていないエピジェネティクス機構と赤血球分化の関係を強く示唆する。本年度の実験から、概要に述べた成果を得ており、分子機構を解明しつつあると考えている。
特に、メチオニン回路酵素阻害剤投与マウスおよび対照マウスより赤芽球をソートし、DNAのメチル化変動をWGBS (whole genome bisulfite sequence) で、ヒストンのメチル化変動をヒストン修飾抗体のChIP-seq (chromatin immunoprecipitation sequence) で解析したが、この測定結果から赤血球分化促進の機構を理解する上で重要な結果を得た。得られたデータからは、大規模はDNAメチル化の変動はないものの、赤血球分化時に発現が変動することを確認できた遺伝子のなかにメチル化が変化するものを特定することができた。すなわち、メチル化変化が赤血球分化促進の原因となっている可能性がある。
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| Strategy for Future Research Activity |
予定通り進める。具体的には以下の通り。また、次年度は論文発表を行う。
赤芽球にはSAM濃度低下を維持しシグナルに変換する機構が備わっていると考えられた。しかし、赤血球造血が促進される具体的な機序や赤血球造血でのSAMの役割、メチオニン回路酵素の機能、そして補正機構阻害の仕組みはまだ不明である。そこで、この問題を解決するために、次年度は下記の研究を進める。
1) 赤芽球の網羅的エピジェネティック修飾変動解析；前年度の研究で、メチオニン回路酵素阻害剤投与マウスおよび対照マウスより赤芽球をソートし、各サンプルを用いてDNAのメチル化変動をWGBS (whole genome bisulfite sequence) で、ヒストンのメチル化変動をヒストン修飾抗体のChIP-seq (chromatin immunoprecipitation sequence) で測定した。一連のデータを解析し、メチオニン回路酵素阻害により生じるエピゲノム変動を明らかにする。特に、阻害剤処理群で選択的にメチル化が低下するゲノム領域を特定し、近傍遺伝子群の機能をオントロジー解析などにより推定し、細胞分化促進につながるメチル化低下を特定する。
2)赤芽球のRNAメチローム解析; 成熟RNAの安定性に関与するメチル化アデニン（m6A）の変動について、抗m6A抗体を用いたChIPで解析する。特にグロビン遺伝子mRNAについてメチル化量を比較する。
3）SAM合成酵素mRNAの3’非翻訳領域（UTR）にはSAM濃度に応答してメチル化され、同mRNA半減期を短縮させる機構が存在することを既に報告している。赤芽球ではこの制御が作動しないことでSAM量低下をシグナルにすると予想される。この制御系に関わる因子を探索し、赤芽球で作動しない原因を明らかにする。
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