骨格筋分化における遺伝子発現秩序形成の解明

2014 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 26290064
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 大川 恭行 九州大学, 医学研究院, 准教授 (80448430)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: エピゲノム / 高次クロマチン

Outline of Annual Research Achievements

昨年度までの解析により、骨格筋分化遺伝子は核内で未分化段階では骨格筋遺伝子座が近接しており、この近接が未分化段階での遺伝子活性化抑制に寄与していることが示唆された。この未分化段階での近接に関わる分子候補としてBrg1を同定した。Brg1はクロマチンリモデリング因子としてATP依存的に構造の弛緩に関わるとされてきたが、高次クロマチン構造を形成する上でも重要な役割を担っていることが明らかとなった。更にこの近接現象を、Brg1の活性抑制や、転写因子Myg/Mef2Dによるバイパスさせた骨格筋分化誘導の解析により阻害すると、通常の分化より加速された分化現象が確認される一方で、成熟度が不十分となることが明らかとなった。以上の結果により、未分化段階で骨格筋遺伝子座が近接している領域へのヒストンバリアントの集積が、単に遺伝子発現のON/OFFではなくゲノムワイドな同調的制御、そして、秩序だった骨格筋分化遺伝子発現制御にかかわっていることが考えられる。本研究成果についてHarada et al Nuclei. Acids, Res 2015の二報に発表を行った。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

研究計画通り、進展し主要な成果は２誌にそれぞれ論文発表を行った。3C-seqデータについては現在別途論文投稿準備中であり、おおむね良好な進捗であると判断している。

Strategy for Future Research Activity

研究計画に基づき、以下のように計画通り進展を期す。すでにゲノムマーキングに関わるChd2/H3.3複合体が、遺伝子発現秩序形成の最初期イベントであるジーンクラスタリング形成誘導に関わっていることを見出している。そこで、現在明らかとなった骨格筋分化段階での遺伝子集積の情報のうち、最終骨格筋分化マーカー遺伝子座が含まれるカテゴリーがマーキングされる時期と、クラスタリングが形成される時期のサンプルを限定し、それぞれH3.3あるいはChd2抗体アフィニティカラムを用いてジーンクラスタリング関連因子の探索と同定を試みる。すでに樹立済みのH3.3あるいはChd2に対するモノクローナル抗体を用いてアフィニティカラムを作製し精製を行った後、網羅的な質量分析により結合タンパク質の同定を試みる。抗体アフィニティカラムを用いた複合体同定法は、申請者グループではルーチンに行っている。Chd2・H3.3いずれも特異的なＤＮＡ結合モチーフを持っておらず、何らかキャリアー（転写因子等）を必要とすることから、各カテゴリー特異的なキャリアーが同定できる可能性がある。結合因子が同定され次第、ChIP-Q-PCRや免疫共染色、そして免疫共沈降でH3.3との共局在性を評価する。最終的にはChIPseqを行い分化の時間変化に応じたゲノム上での分布を解析し、遺伝子発現秩序への相関性を評価する。抗体が存在しない場合は適時エピトープタグ付きのタンパク質をC2C12細胞に強制発現させ、同様に共局在性を評価する。一方で、前年度までに行った3C-seqの解析を報告するため、追加解析として3Cによる検証等を加えて行う。

Research Products

• [Journal Article] Spatial re-organization of myogenic regulatory sequences temporally controls gene expression. (2015)
  • Author(s): Harada A, Mallappa C, Okada S, Butler JT, Baker SP, Lawrence JB, Ohkawa Y, Imbalzano AN.
  • Journal Title: Nucleic Acids Res. Volume: 43 Pages: 2008-2021
  • DOI: 10.1093/nar/gkv046.
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] MED26 regulates the transcription of snRNA genes through the recruitment of little elongation complex. (2015)
  • Author(s): Takahashi H, Takigawa I, Watanabe M, Anwar D, Shibata M, Tomomori-Sato C, Sato S, Ranjan A, Seidel CW, Tsukiyama T, Mizushima W, Hayashi M, Ohkawa Y, Conaway JW, Conaway RC, Hatakeyama S.
  • Journal Title: Nat Commun. Volume: 6 Pages: 5941
  • DOI: 10.1038/ncomms6941.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Incorporation of histone H3.1 suppresses the lineage potential of skeletal muscle. (2015)
  • Author(s): Harada A, Maehara K, Sato Y, Konno D, Tachibana T, Kimura H, Ohkawa Y.
  • Journal Title: Nucleic Acids Res. Volume: 43 Pages: 775-786
  • DOI: 10.1093/nar/gku1346.
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] A Genome-Wide Analysis Identifies a Notch-RBP-Jκ-IL-7Rα Axis That Controls IL-17-Producing γδ T Cell Homeostasis in Mice. (2015)
  • Author(s): Nakamura M, Shibata K, Hatano S, Sato T, Ohkawa Y, Yamada H, Ikuta K, Yoshikai Y.
  • Journal Title: J Immunol. Volume: 194 Pages: 243-251
  • DOI: 10.4049/jimmunol.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Interleukin-10-producing plasmablasts exert regulatory function in autoimmune inflammation. (2014)
  • Author(s): Matsumoto M, Baba A, Yokota T, Nishikawa H, Ohkawa Y, Kayama H, Kallies A, Nutt SL, Sakaguchi S, Takeda K, Kurosaki T, Baba Y.
  • Journal Title: Immunity. Volume: 41 Pages: 1040-1051
  • DOI: 10.1016/j.immuni.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] SraTailor: Graphical user interface software for processing and visualizing ChIP-seq data. (2014)
  • Author(s): Oki S, Maehara K, Ohkawa Y, Meno C.
  • Journal Title: Genes Cells. Volume: 19 Pages: 919-926
  • DOI: 10.1111/gtc.12190.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Acute hyperglycemia impairs functional improvement after spinal cord injury in mice and humans. (2014)
  • Author(s): Kobayakawa K, Kumamaru H, Saiwai H, Kubota K, Ohkawa Y, Kishimoto J, Yokota K, Ideta R, Shiba K, Tozaki-Saitoh H, Inoue K, Iwamoto Y, Okada S.
  • Journal Title: Sci Transl Med. Volume: 6 Pages: 256ra137
  • DOI: 10.1126/scitranslmed.3009430
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Regulation of RNA polymerase II activation by histone acetylation in single living cells. (2014)
  • Author(s): Stasevich TJ, Hayashi-Takanaka Y, Sato Y, Maehara K, Ohkawa Y, Sakata-Sogawa K,Tokunaga M, Nagase T, Nozaki N, James G. McNally JG, Kimura H
  • Journal Title: Nature. Volume: 516 Pages: 272-275
  • DOI: 10.1038/nature13714.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Establishment of neutralizing rat monoclonal antibodies for fibroblast growth factor-2. (2014)
  • Author(s): Tanaka M, Yamaguchi M, Shiota M, Kawamoto Y, Takahashi K, Inagaki A, Osada-Oka M, Harada A, Wanibuchi H, Izumi Y, Miura K, Iwao H, Ohkawa Y.
  • Journal Title: Monoclon Antib Immunodiagn Immunother. Volume: 33 Pages: 261-269
  • DOI: 10.1089/mab.2013.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Genome-wide analysis of histone modifications in human endometrial stromal cells. (2014)
  • Author(s): Tamura I, Ohkawa Y, Sato T, Suyama M, Jozaki K, Okada M, Lee L, Maekawa R, Asada H, Sato S, Yamagata Y, Tamura H, Sugino N.
  • Journal Title: Mol Endocrinol. Volume: 28 Pages: 1656-1669
  • DOI: 10.1210/me.2014-1117.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Identification of Myelin Transcription Factor 1 (MyT1) as a Subunit of the Neural Cell Type-specific Lysine-specific Demethylase 1 (LSD1) Complex. (2014)
  • Author(s): Yokoyama A, Igarashi K, Sato T, Takagi K, Otsuka I M, Shishido Y, Baba T, Ito R, Kanno J, Ohkawa Y, Morohashi KI, Sugawara A.
  • Journal Title: J Biol Chem. Volume: 289 Pages: 18152-18162
  • DOI: 10.1074/jbc.M114.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Heterochromatin dynamics during differentiation process revealed by the DNA methylation reporter mouse, MethylRO. (2014)
  • Author(s): Ueda J, Maehara K, Mashiko D, Ichinose T, Yao T, Hori M, Sato Y, Kimura K, Ohkawa Y, Yamagata K.
  • Journal Title: Stem Cell Reports. Volume: 2 Pages: 910-924
  • DOI: 10.1016/j.stemcr.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Glycolytic genes are targets of the nuclear receptor Ad4BP/SF-1. (2014)
  • Author(s): Baba T, Otake H, Sato T, Miyabayashi K, Shishido Y, Wang CY, Shima Y, Kimura H, Yagi M, Ishihara Y, Hino S, Ogawa H, Nakao M, Yamazaki T, Kang D, Ohkawa Y, Suyama M, Chung BC, Morohashi K.
  • Journal Title: Nat Commun. Volume: 5 Pages: 3634
  • DOI: 10.1038/ncomms4634
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] The diversity of mouse histone H3 variants. (2015)
  • Author(s): Yasuyuki Ohkawa
  • Organizer: Epigenomics (Z2)
  • Place of Presentation: Keystone ResortUSA
  • Year and Date: 2015-03-29 – 2015-04-03
• [Presentation] Incorporation of Histone H3 Variants Dictates the Lineage Potential of Skeletal Muscle. (2015)
  • Author(s): Yasuyuki Ohkawa
  • Organizer: Transcriptional and Epigenetic Influences on Stem Cell States (C9)
  • Place of Presentation: Sheraton Steamboat Resort USA
  • Year and Date: 2015-03-23 – 2015-03-28
• [Presentation] ヒストンバリアントが制御する骨格筋分化能 (2015)
  • Author(s): 大川 恭行
  • Organizer: クロマチン・デコーディング研究会
  • Place of Presentation: 国際高等研究所
  • Year and Date: 2015-03-20
  • Invited
• [Presentation] ヒストンH3バリアントの多様性 (2015)
  • Author(s): 大川 恭行
  • Organizer: ヒストンバリアント研究会
  • Place of Presentation: 東京工業大学 すずかけ台キャンパス
  • Year and Date: 2015-02-28
• [Presentation] High order chromatin remodeling in skeletal muscle differentiation (2015)
  • Author(s): 大川 恭行
  • Organizer: エピジェネティクス全体会議
  • Place of Presentation: 理化学研究所 多細胞システム形成研究センター
  • Year and Date: 2015-02-14
  • Invited
• [Presentation] 次世代シークエンサーによるエピゲノム解析 ～大規模情報処理パイプラインへの取り組み～ (2015)
  • Author(s): 大川 恭行
  • Organizer: 京都大学学術情報メディアセンターセミナー
  • Place of Presentation: 京都大学学術情報メディアセンター 南館 201マルチメディア講義室
  • Year and Date: 2015-01-26
  • Invited
• [Presentation] 骨格筋分化における空間クロマチン制御へのアプローチ (2015)
  • Author(s): 大川 恭行
  • Organizer: 定量生物学の会
  • Place of Presentation: 九州大学 筑紫キャンパス
  • Year and Date: 2015-01-11 – 2015-01-12
• [Presentation] ヒストンH3バリアントの多様性 (2014)
  • Author(s): 大川恭行
  • Organizer: 第37回日本分子生物学年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜
  • Year and Date: 2014-11-26
• [Presentation] クロマチン構造制御による骨格筋分化運命機構の解明 (2014)
  • Author(s): 大川恭行
  • Organizer: 骨格筋研究会
  • Place of Presentation: コープイン京都
  • Year and Date: 2014-11-05
• [Presentation] 骨格筋分化におけるヒストンバリアントによるエピゲノム制御 (2014)
  • Author(s): 大川恭行
  • Organizer: 第87回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 国立京都国際会館
  • Year and Date: 2014-10-16
• [Presentation] ヒストンバリアントによる遺伝子選択 ～ヒストンバーコード解析の新たな展開～ (2014)
  • Author(s): 大川恭行
  • Organizer: 第75回日本癌学会学術総会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜
  • Year and Date: 2014-09-25
  • Invited
• [Presentation] ヒストンバリアントが制御する骨格筋分化能～ヒストンバーコード説の新たな展開～ (2014)
  • Author(s): 大川恭行
  • Organizer: 招聘セミナー講演
  • Place of Presentation: 基礎生物学研究所
  • Year and Date: 2014-09-11
  • Invited
• [Presentation] Incorporation of Histone H3 Variants Dictates the Lineage Potential of Skeletal Muscle. (2014)
  • Author(s): Akihito Harada, Kazumitsu Maehara, Yuko Sato, Hiroshi Kimura and Yasuyuki Ohkawa
  • Organizer: FASEB;Science Research Conferences
  • Place of Presentation: The Steamboat Grand Resort USA
  • Year and Date: 2014-07-20 – 2014-07-25
• [Presentation] Diversity of histone H3 variants on mouse genome (2014)
  • Author(s): Yasuyuki Ohkawa
  • Organizer: ENBO Workshop Histone varisnts
  • Place of Presentation: IGBMC in Strasbourg
  • Year and Date: 2014-06-02 – 2014-06-04
• [Book] 実験医学 (2015)
  • Author(s): 上田 潤，前原一満，大川恭行，山縣一夫
  • Total Pages: 481-489
  • Publisher: 羊土社
• [Book] 実験医学 (2014)
  • Author(s): 大川恭行、原田哲仁
  • Total Pages: 2064-2069
  • Publisher: 羊土社