2013 Fiscal Year Research-status Report
次世代エピゲノム解析および超微細構造解析を応用した難治性心不全発症機序の解明
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24591097
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
朝野 仁裕 大阪大学, 医学(系)研究科(研究院), 助教 (60527670)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
肥後 修一朗 大阪大学, 医学(系)研究科(研究院), 助教 (00604034)
南野 哲男 大阪大学, 医学(系)研究科(研究院), 講師 (30379234)
加藤 久和 大阪大学, 医学(系)研究科(研究院), 研究員 (30589312)
扇田 久和 滋賀医科大学, 医学部, 教授 (50379236)
真田 昌爾 大阪大学, 医学(系)研究科(研究院), 講師 (70593797)
塚本 蔵 大阪大学, 医学(系)研究科(研究院), 助教 (80589151)
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| Keywords | 難治性心不全 / 分子循環器病学 / 臨床循環器 / エピゲノム / 細胞核クロマチン |
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| Research Abstract |
難治性重症心不全の発症分子機序を解明し、心不全エピゲノム臨床診断法の確立を目指すため、国内有数の重症心不全組織検体、先進的次世代エピゲノム解析技術、独創的な超微細構造解析技術（心筋病理）を利用し、分子生物学と病理学を臨床診療に応用する研究を行う研究である。
申請者らはエピゲノム関連分子を新規に同定し、心不全病態とエピゲノム変化の関連を提唱してきた。心筋症発症における細胞核クロマチンリモデリングおよびエピゲノムの重要性を世界に先駆け報告し（Nat Genet 2004）、独自の解析技術を開発しエピゲノム研究へ応用することに成功した。心不全病態遺伝子発現解析(J Clin Invest 2007)のみに留まらせず、独自の蛋白分離精製技術を用い生化学的機序の解明を行った（J Biol Chem 2010）。心臓生体試料のクロマチン免疫沈降法を独自に開発し、心不全特異的エンハンサー領域を世界で初めて同定に成功した（FASEB J 2014）。
その概念をヒト臨床に応用する検討も行った。移植待機期間の長い我が国における、長期罹患最重症心不全は世界でも類を見ない。申請者の所属する研究機関は心臓移植拠点病院として重症心不全の最新の内科的治療と最先端の外科的治療（人工心臓、心臓移植、細胞シート治療）が実施され、長期間経時的に複雑なエピゲノム解析に必要な十分量の心臓検体が保存されており、約150検体を超える高精度な解析に必要な数の検体保存を行うことができた。画像解析と心不全可塑性サロゲートマーカーの病理指標の開発として細胞核クロマチン超微細構造の新規画像解析法を確立し、心不全病態と関連する分子修飾を報告した(論文投稿中)。最終年度に向けて次世代超高速DNAシーケンサーを用いた特異的エピゲノム修飾の新規同定を今後実施する予定である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
当初より以下3項目を全体計画に据えている。（A）クロマチン構造解析技術を利用した核クロマチン高次構造解析、（B）次世代シーケンス解析結果を利用した心臓病態特異的エピゲノム解析、（C）心不全エピゲノム臨床診断法の確立。上記よりH25年度は以下の通り予想以上の進捗を得た。
（A）クロマチン構造解析技術を利用した核クロマチン高次構造解析：マウスにおいて確立した至適条件を利用し、ヒト病理検体を用いて同様のクロマチン高次構造解析を行った。透過型電子顕微鏡電子顕微鏡像によるクロマチン構造分類によりクロマチン定量法を開発した。ヒト重症心不全組織63症例を用い、重症不全心筋細胞の細胞核ヘテロクロマチンの超微細構造解析により重症度分類を行う事に成功した。（日本循環器学会臨床部門YIA最優秀賞受賞、論文投稿中）
（B）次世代シーケンス解析結果を利用した心臓病態特異的エピゲノム解析：ヒト心不全組織検体をおよびマウス組織検体を用いたエピジェネティック修飾変化（ChIP-seq）、遺伝子発現変化（RNA-seq）のゲノムデータベースを構築した。心不全特異的な発現を示すNppb、Nppa遺伝子の発現制御を行うエンハンサー領域の同定に成功した。さらにその領域を組み込んだベクターを作成し、心不全モニタリング同定が可能なレポーター遺伝子発現トランスジェニックマウスの樹立に成功した。（日本心不全学会YIA最優秀賞受賞、FASEB J. 2014）
（C）心不全エピゲノム臨床診断法の確立：ヒト心不全組織とマウス心不全組織の細胞核クロマチン構造の変化の共通点、およびIn vivo ChIP、RNA-seqのデータベースを利用し、心不全可塑性を来たす遺伝子の選択を開始した。現在同定した遺伝子候補から機能解析を行っている。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの研究において、重症心不全の臨床病態の鑑別が可能な、独自のクロマチン構造解析技術を開発した。H24年に引き続きH25年度にも予定以上の進捗を得たので、H26年度はさらに予定を前倒して検討を進める。
（A）クロマチン構造解析技術を利用した核クロマチン高次構造解析：重症心不全にとどまらず、一般心不全心筋生検標本も対象に、心筋細胞核ヘテロクロマチンの超微細構造解析を行い、病態変化に伴う病理学的、電子顕微鏡像からのエピジェネティック変化の指標の有用性の検討を行う。クロマチン構造変化が示すエピゲノム因子の変化を捉えるため、エピゲノム関連因子の組織免疫染色法やChIP-seq、RNA-seqなどの総合的な理解を深める検討を実施する。
（B）次世代シーケンス解析結果を利用した心臓病態特異的エピゲノム解析：心不全特異的な発現を示すBNP、ANP遺伝子の発現制御を行うエンハンサー領域を組み込んだ心不全病態モニタリングマウス（BNPレポータートランスジェニックマウス）を用いて心不全感受性転写因子を探索する。ヒト心不全組織検体を、培養心筋細胞およびマウス組織検体を用いたエピジェネティック修飾変化、遺伝子発現変化について構築したデータベースを動員して検索を進める。
（C）心不全エピゲノム臨床診断法の確立：既に確立したクロマチン計測法はヒト臨床前向き試験へ発展させて検討を進める。BNPエンハンサーTGマウスによる心不全クロマチン変化とヒト重症心不全の両者を用いて、心不全可塑性をあらわす心臓病理スコアを指標に、クロマチン構造変化を来たす遺伝子、エピゲノム変化を臨床診断に用いることができる分子として探索する。RNA-seq、メチル化解析を実施しデータ統合を行い、心臓特異的メチル化部位および不全心筋細胞特異的メチル化部位を同定することにより、臓器特的な遺伝子転写発現制御因子を探索する。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
臨床検体をさらに数例採取、エピゲノム解析、電子顕微鏡による観察を計画していたが、人工心臓埋め込み症例が予想より少なく、検体試料作製・解析の費用に余剰が生じた。
26年度に新たに生じる症例の検体解析に使用する。
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Research Products
(16 results)
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[Journal Article] Noninvasive and quantitative live imaging reveals a potential stress-responsive enhancer in the failing heart.2014
Author(s)
Matsuoka K, Asano Y* (corresponding author), Higo S, Tsukamoto O, Yan Y, Yamazaki S, Matsuzaki T, Kioka H, Kato H, Uno Y, Asakura M, Asanuma H, Minamino T, Aburatani H, Kitakaze M, Komuro I, Takashima S.
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Journal Title
FASEB J.
Volume: 28
Pages: 1870-9
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] Evaluation of intra-mitochondrial ATP levels identifies G0/G1 switch gene 2 as a positive regulator of oxidative phosphorylation.2014
Author(s)
Kioka A, Kato A, Makoto Fujikawa M, Tsukamoto O, Suzuki T, Imamura H, Nakano A, Higo S, Yamazaki S, Matsuzaki T, Takafuji K, Asanuma H, Asakura M, Minamino T, Shintani Y, Yoshida M, Noji H, Kitakaze M, Komuro I, Asano Y* (corresponding author), Takashima S.
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Journal Title
Proc Natl Acad Sci U S A.
Volume: 111
Pages: 273-8
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Comprehensive metagenomic approach for detecting causative microorganisms in culture-negative infective endocarditis.2014
Author(s)
Imai A, Gotoh K, Asano Y* (corresponding author), Yamada N, Motooka D, Fukushima M, Kanzaki M, Ohtani T, Sakata Y, Nishi H, Toda K, Sawa Y, Komuro I, Horii T, Iida T, Nakamura S, Takashima S.
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Journal Title
Int J Cardiol.
Volume: 172
Pages: e288-9
DOI
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[Journal Article] Usefulness of transient elastography for noninvasive and reliable estimation of right-sided filling pressure in heart failure.2014
Author(s)
Taniguchi T, Sakata Y, Ohtani T, Mizote I, Takeda Y, Asano Y, Masuda M, Minamiguchi H, Kanzaki M, Ichibori Y, Nishi H, Toda K, Sawa Y, Komuro I.
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Journal Title
Am J Cardiol.
Volume: 113
Pages: 552-8
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Dipeptidyl-Peptidase IV Inhibition Improves Pathophysiology of Heart Failure and Increases Survival Rate in Pressure-Overloaded Mice.2013
Author(s)
Takahashi A, Asakura M, Ito S, Min KD, Shindo K, Yan Y, Liao Y, Yamazaki S, Sanada S, Asano Y, Ishibashi-Ueda H, Takashima S, Minamino T, Asanuma H, Mochizuki N, Kitakaze M.
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Journal Title
Am J Physiol Heart Circ Physiol.
Volume: 304
Pages: H1361-9
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Liposomal amiodarone augments anti-arrhythmic effects and reduces hemodynamic adverse effects in an ischemia/reperfusion rat model.2013
Author(s)
Takahama H, Shigematsu H, Asai T, Matsuzaki T, Sanada S, Fu HY, Okuda , Yamato M, Asanuma H, Asano Y, Asakura M, Oku N, Komuro I, Kitakaze M, Minamino T.
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Journal Title
Cardiovasc Drugs Ther.
Volume: 27
Pages: 125-32
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Hyponatremia and in-hospital mortality in patients admitted for heart failure (from the ATTEND registry).2013
Author(s)
Sato N, Gheorghiade M, Kajimoto K, Munakata R, Minami Y, Mizuno M, Aokage T, Asai K, Sakata Y, Yumino D, Mizuno K, Takano T; ATTEND Investigators.
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Journal Title
Am J Cardiol.
Volume: 111
Pages: 1019-25
DOI
Peer Reviewed
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