2015 Fiscal Year Annual Research Report
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26253049
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
小室 一成 東京大学, 医学部附属病院, 教授 (30260483)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
内藤 篤彦 東京大学, 医学部附属病院, 助教 (10588891)
野村 征太郎 東京大学, 医学部附属病院, 助教 (10722118)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 循環器 / ゲノム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
我々は、心筋細胞の分化と破綻の過程を深く理解するため、1細胞トランスクリプトームとエピゲノムを統合解析している。
まず分化モデル（マウスES細胞、P19CL6細胞）および破綻モデル（圧負荷心不全マウスモデル）において、1細胞トランスクリプトーム情報を抽出し、重み付け共発現ネットワーク解析によって、ひとつひとつの細胞で特異的に共発現する遺伝子ネットワークを抽出することに成功した。これにより分化モデルにおいて、未分化幹細胞から分化する際にBrachyuryを発現する細胞において特徴的な遺伝子ネットワークが出現することがわかった。また破綻モデルにおいては、圧負荷に対する心筋細胞の応答にheterogeneityがあることがわかり、一部の細胞で特異的に生じる遺伝子発現ネットワークを同定した。
そして分化モデルにおいて、分化段階を4つのタイムポイントに分けて全ゲノム的にオープンクロマチン領域のダイナミクスをFAIRE-seq法により同定し、コンピュータ解析を行うことにより、分化段階特異的にゲノムを制御する転写因子群を同定し、ChIP-seqによりその局在を確認した。また破綻モデルにおいても、圧負荷心不全モデルにおける心臓サンプルを用いたFAIRE-seq法によりオープンクロマチン領域を同定した。
さらに分化モデルにおいては、エピゲノム解析で同定した転写因子およびco-factorのノックダウンを行うことで、細胞分化やエピゲノムへの影響を確認した。破綻モデルにおいては、ネットワーク解析で同定した心不全特異的な制御因子のノックアウトマウスを作成し、心機能や遺伝子発現への影響などを観察した。これらにより、両モデルともに重要な制御因子であることを明らかにした。
さらにヒト心不全患者における心筋１細胞解析へも発展しており、個々の患者の心不全原因と遺伝子ネットワークの関係性を解析している。
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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
１細胞トランスクリプトームにおけるバイオインフォマティクス解析が当初の予定より進展し、予定していなかった共発現遺伝子ネットワーク解析まで進むことができた。これにより、細胞のバラツキだけでなく、個々の細胞に存在する共発現遺伝子ネットワークを抽出したり、それを細胞間で比較することが可能になった。また心不全患者からの心筋細胞単離および１細胞cDNA合成も急速に進行したため、ヒトとマウスの心不全における遺伝子発現の違いについても解析可能となった。
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| Strategy for Future Research Activity |
１）1細胞トランスクリプトームおよびそのコンピュータ解析について。共発現遺伝子ネットワーク解析によって、個々の細胞に存在する遺伝子ネットワークを同定することができたが、今年度はそれを応用して解析する。具体的には、分化モデルにおいては、共発現する遺伝子を制御する因子およびそれが引き起こすエピゲノム変化を解析する。また破綻モデルにおいては、圧負荷後どの時期に特異的なネットワークが形成されるかを解析し、それが出現するメカニズムについて免疫染色やRNA in situ hybridizationによって迫る。
２）エピゲノムダイナミクス解析について。分化モデルにおいてはChIP-seq実験が進んでいるので、重要な制御因子をノックダウンした上で、エピゲノムがどのように変化するかを明らかにしていく。破綻モデルにおいては、１）で抽出した特徴的なネットワークを形成する因子のChIP-seqを行う。
３）遺伝学的改変モデルによる検証について。これまでの解析によって、分化・破綻両モデルにおいて、その機序を制御する重要な因子を明らかにしている。これらの機能改変によりエピゲノム・遺伝子発現パターンがどのように変化するか明らかにする。
４）ヒト心不全における心筋遺伝子ネットワークの抽出について。ヒト心不全患者から心筋細胞を抽出し、マウスで解析した遺伝子ネットワークが保存されているか確認する。またヒトにおいては疾患発症の様式がヘテロなので、各患者の疾患発症と心筋遺伝子ネットワークがどのように連関するのか解析する。
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[Journal Article] Generation of Induced Pluripotent Stem Cells From Patients With Duchenne Muscular Dystrophy and Their Induction to Cardiomyocytes.2016
Author(s)
Hashimoto A, Naito AT, Lee JK, Kitazume-Taneike R, Ito M, Yamaguchi T, Nakata R, Sumida T, Okada K, Nakagawa A, Higo T, Kuramoto Y, Sakai T, Tominaga K, Okinaga T, Kogaki S, Ozono K, Miyagawa S, Sawa Y, Sakata Y, Morita H, Umezawa A, Komuro I.
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Journal Title
Int Heart J
Volume: 57
Pages: 112-117
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Higd1a is a positive regulator of cytochrome c oxidase.2015
Author(s)
Hayashi T, Asano Y, Shintani Y, Aoyama H, Kioka H, Tsukamoto O, Hikita M, Shinzawa-Itoh K, Takafuji K, Higo S, Kato H, Yamazaki S, Matsuoka K, Nakano A, Asanuma H, Asakura M, Minamino T, Goto Y, Ogura T, Kitakaze M, Komuro I, Sakata Y, Tsukihara T, Yoshikawa S, Takashima S.
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Journal Title
Proc Natl Acad Sci U SA
Volume: 112
Pages: 1553-1558
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Complement C1q-induced activation of β-cateninsignalling causes hypertensive arterial remodelling.2015
Author(s)
Sumida T, Naito AT, Nomura S, Higo T, Hashimoto A, Okada K, Sakai T, Ito M, Yamaguchi T, Oka T, Akazawa H, Lee JK, Minamino T, Offermanns S, Noda T, Botto M, Kobayashi Y, Morita H, Manabe I, Nagai T, Shiojima I, Komuro I.
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Journal Title
Nat Commun
Volume: 6
Pages: 6241
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Wnt/β-catenin Signaling Contributes to Skeletal Myopathy in Heart Failure via Direct Interaction with FoxO.2015
Author(s)
Okada K, Naito AT, Higo T, Nakagawa A, Shibamoto M, Sakai T, Hashimoto A, Kuramoto Y, Sumida T, Nomura S, Ito M, Yamaguchi T, Oka T, Akazawa H, Lee JK, Morimoto S, Sakata Y, Shiojima I, Komuro I.
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Journal Title
Circ Heart Fail
Volume: 8
Pages: 799-808
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Monitoring β-arrestin recruitment via β-lactamase enzyme fragment complementation: purification of peptide E as a low-affinity ligand for mammalian bombesin receptors.2015
Author(s)
Ikeda Y, Kumagai H, Okazaki H, Fujishiro M, Motozawa Y, Nomura S, Takeda N, Toko H, Takimoto E, Akazawa H, Morita H, Suzuki J, Yamazaki T, Komuro I, Yanagisawa M.
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Journal Title
PLoS One
Volume: 10
Pages: e0127445
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Quantitative Measurement of GPCR Endocytosis via Pulse-Chase Covalent Labeling.2015
Author(s)
Kumagai H, Ikeda Y, Motozawa Y, Fujishiro M, Okamura T, Fujio K, Okazaki H, Nomura S, Takeda N, Harada M, Toko H, Takimoto E, Akazawa H, Morita H, Suzuki J, Yamazaki T, Yamamoto K, Komuro I, Yanagisawa M.
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Journal Title
PLoS One
Volume: 10
Pages: e129394
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Angiotensin II receptor blockade promotes repair of skeletal muscle through down-regulation of aging-promoting C1q expression.2015
Author(s)
Yabumoto C, Akazawa H, Yamamoto R, Yano M, Kudo-Sakamoto Y, Sumida T, Kamo T, Yagi H, Shimizu Y, Saga-Kamo A, Naito AT, Oka T, Lee JK, Suzuki J, Sakata Y, Uejima E, Komuro I.
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Journal Title
Sci Rep
Volume: 5
Pages: 14453
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Monocyte-derived extracellular Nampt-dependent biosynthesis of NAD(+) protects the heart against pressure overload.2015
Author(s)
Yano M, Akazawa H, Oka T, Yabumoto C, Kudo-Sakamoto Y, Kamo T, Shimizu Y, Yagi H, Naito AT, Lee JK, Suzuki J, Sakata Y, Komuro I.
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Journal Title
Sci Rep
Volume: 5
Pages: 15857
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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