2022 Fiscal Year Research-status Report
モジュールタンパク質の時空間的インタープレイによるエンハンサー活性化機構の解明
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22K18411
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
酒井 寿郎 東北大学, 医学系研究科, 教授 (80323020)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松村 欣宏 東北大学, 医学系研究科, 准教授 (20375257)
米代 武司 東京大学, 先端科学技術研究センター, 准教授 (40724167)
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| Project Period (FY) |
2022-06-30 – 2026-03-31
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| Keywords | メタボリックシンドローム / エピゲノム / 生活習慣病 / 脂肪細胞 / 栄養環境 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
生活習慣病の予防と病態解明は大きな課題であり、その発症において脂肪細胞の機能破綻によるメカニズムが注目されている。脂肪組織では、過栄養環境では脂肪を蓄える白色脂肪細胞が、寒冷環境では脂肪を燃焼するベージュ脂肪細胞が誘導され、代謝制御に寄与する。細胞種特異的な遺伝子発現は、遺伝子座から離れたエンハンサーの状態によって制御される。エンハンサーの状態はヒストン修飾によって前準備、準備そして活性化状態に分けられる。本研究では、環境を感知し、エンハンサー状態をスイッチさせる分子を同定し、その機能的タンパク質複合体（モジュール）を介した時空間的な細胞運命決定機構を明らかにすることを目的とする。
エンハンサーに特徴的なヒストン修飾であるH3K4me1, H3K27acのChIP-seq解析を行い、ゲノムワイドなクロマチン相互作用データ（HiC）を参照し、脂肪細胞に特異的なエンハンサーを同定した。3T3-L1前駆脂肪細胞のデータベースから見出したヒストンメチル化酵素活性（SET）ドメインを有するSETD5に着目し、脂肪細胞分化に及ぼす影響を解析した。ドメイン欠失体の解析から、SETD5はSETドメインを介さずに、エンハンサーの状態を制御し、脂肪細胞分化を抑制することを見出した。SETD5のプロテオミクス解析から、エンハンサー状態を制御する新規モジュール（転写コリプレッサー複合体）を同定した。この転写コリプレッサー複合体は、脂肪細胞特異的遺伝子（PpargとCebpa）のエンハンサーのヒストンアセチル化を抑制することを見出した。転写コリプレッサー複合体形成とエンハンサー状態は、SETD5に存在する特徴的なドメインによって制御されることを明らかにした。
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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
概要で記載した項目(1)-(３)についての進捗は以下の通りであり、おおむね順調に進んでいる。
（１）エンハンサーに特徴的なヒストン修飾であるH3K4me1, H3K27acのChIP-seq解析を行い、前駆脂肪細胞でのゲノムワイドなクロマチン相互作用データ(HiC)を参照することで、脂肪細胞種特異的なエンハンサーを同定した。（２）3T3-L1前駆脂肪細胞のデータベースから見出したSETD5について、ドメイン欠失体の解析を行い、エンハンサーと脂肪細胞分化を制御するドメインを特定した。（３）SETD5とドメイン欠失体のタンパク質複合体解析を行い、エンハンサー状態の制御モジュールを同定した。また複合体形成に必要なドメインを特定した。
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| Strategy for Future Research Activity |
前年度から継続して、転写コリプレッサー複合体によるエンハンサー状態の制御機構の解析を行う。
（４）SETD5のChIP-seq解析を行い、脂肪細胞特異的遺伝子（PpargとCebpa）のエンハンサーにSETD5が局在するかを解析する。（５）SETD5のタンパク質レベルは分化初期に上昇した後に消失することに着目し、細胞周期と同期してSETD5をユビキチン化するタンパク質分解軸を同定する。プロテオミクス解析から、ユビキチンリガーゼ複合体APC/C (anaphase-promoting complex/cyclosome) と細胞周期依存的な活性化に関わる CDC20 (cell division cycle protein 20) を見出していることから、これらのノックダウン下におけるSETD5の分解速度の変化を解析する。（６）SETD5によるエンハンサー状態の制御が、ヒストンアセチル化酵素のリクルート阻害によるのか、あるいはヒストン脱アセチル化酵素の活性・リクルートの促進によるのかを解析する。
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| Causes of Carryover |
予定していたChIP-seq解析の一部を、次年度に行うことになった。次年度は、SETD5のhIP-seq解析、タンパク質相互作用解析、タンパク質分解速度の解析、ヒストンアセチル化酵素と脱アセチル化酵素の局在解析を行うため、これらの解析に必要な試薬、実験機器、解析費用とする。
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[Journal Article] MYPT1-PP1β phosphatase negatively regulates both chromatin landscape and co-activator recruitment to influence gene expression during beige adipogenesis.2022
Author(s)
Takahashi H, Yang G, Yoneshiro T, Abe Y, Ito R, Yang C, Uchida A, Arai M, Jin H, Choi H, Tumenjargal M, Xie S, Zhang J, Sagae H, Zhao Y, Yamaguchi R, Nomura Y, Shimizu Y, Matsumura Y, Sakai J（他14名）
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Journal Title
Nature Commun
Volume: 13
Pages: 5715
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Presentation] SETD5-NCoR-HDAC3 複合体の時空間ダイナミクスは脂肪細胞分化のエンハンサー活性化を制御する2022
Author(s)
松村欣宏, 伊藤亮, 矢島あゆむ, 山口 玲, 田中十志也, 川村猛, 馬郡健太, 内田あおい, 米代武司, 張吉, 楊超然, 高橋宙大, 稲垣毅, 油谷浩幸, 野出孝一, 酒井寿郎
Organizer
第95回日本内分泌学会
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[Presentation] 脂肪細胞のエンハンサーを制御するヒストンアセチル化・脱アセチル化2022
Author(s)
松村欣宏, 伊藤亮, 矢島あゆむ, 山口玲, 田中十志也, 川村猛, 馬郡健太, 内田あおい, 米代武司, 張吉, 楊超然, 高橋宙大, 稲垣毅, 油谷浩幸, 野出孝一, 酒井寿郎
Organizer
第95回日本生化学会大会
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[Presentation] 脂肪細胞分化におけるグルコース感知センサーであるヒストン脱メチル化酵素KDM3Aの解析2022
Author(s)
張吉, 松村欣宏, Ariyanto Eko Fuji, 楊超然, 高橋宙大, 伊藤亮, 米代武司, 曽我朋義, 幡野敦, 松本雅紀, 酒井寿郎
Organizer
第95回日本生化学会大会
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[Presentation] ヒト褐色脂肪組織と妊娠前の親の寒冷曝露：FDG-PETとNIR-TRSでの評価2022
Author(s)
米代武司, 松下真美, 布施沙由理, 黒岩美幸, 黒澤裕子, 山本恭子, 飯田誠, 隈健一, 中村尚, 浜岡隆文, 酒井寿郎, 斉藤昌之
Organizer
第43回日本肥満学会 / 第40回日本肥満症治療学会学術集会
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