2018 Fiscal Year Annual Research Report
Chromosome structure and dynamics as a basis for oncogenesis in the cellular context of aging
Publicly Offered Research
| Project Area | Conquering cancer through neo-dimensional systems understanding |
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18H04896
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
田中 耕三 東北大学, 加齢医学研究所, 教授 (00304452)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 癌 / 細胞・組織 / 染色体 / 加齢 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、がんの発生を加齢という細胞文脈でとらえ、加齢個体や様々ながん種の細胞の染色体構造・動態の画像データベースを構築することで、加齢にともなって現れる染色体構造・動態とがんの発生や進展との関連を明らかにすることを目的とする。がんは加齢にともなって増加する疾患であり、がん細胞と加齢個体の染色体構造にはヘテロクロマチンの減少など共通する特徴が存在する。そこで本研究では、加齢マウスや腫瘍形成モデルマウスより単離した細胞において、染色体構造とくに間期核のヘテロクロマチン構造やHP1(heterochromatin 1)の分布、および染色体動態とくに分裂期の染色体整列や反復運動（オシレーション）を解析して加齢やがん種における染色体構造・動態を調べることによって、がんの発生の分子基盤のさらなる理解につなげる。平成30年度は以下のような成果が得られた。
1. 加齢マウスにおける染色体構造・動態データベースの構築：様々な月齢のマウス組織より単離した線維芽細胞について、DAPI染色、H3K9me3, H3K27me3, HP1α・HP1β・HP1γなどの免疫染色を行い、クロマチン構造の評価を行った。
2. 加齢に伴う染色体安定性の解析：加齢マウスより単離した線維芽細胞について、免疫蛍光染色による染色体分配異常および微小核の出現頻度の評価を行った。その結果、マウスの加齢にともなって、微小核の出現頻度の増加が認められた。またマウス線維芽細胞の増殖は、低酸素条件（3%）で促進され、微小核を持つ細胞の割合も低下することがわかった。
3. 単一細胞ゲノム解析による染色体不安定性の評価：染色体不安定性のモデルとして、がん細胞株であるHeLaから、染色体分配異常の異なるクローンを単離し、単一細胞ゲノム解析による評価を行った。その結果、染色体不安定性の高いクローンでは遺伝的不均一性が大きいことが判明した。
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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
まずマウスの長期飼育体制を確立することにより、24ヶ月齢以上の加齢マウスを定期的に入手することが可能となった。またマウスの耳から線維芽細胞を単離する手法を確立し、低酸素条件下で培養することで長期間の培養も可能となった。これらの実験手法の確立により、DAPI染色、H3K9me3, H3K27me3, HP1α・HP1β・HP1γなどの免疫染色も順調に行うことができている。興味深いことに、加齢マウスの線維芽細胞においては、微小核の出現頻度の明らかな上昇が見られ、これは加齢にともなって染色体の安定性が低下することを示唆するものと考えられる。一方、マウスから単離した線維芽細胞が高頻度に4倍体化することや、分裂期の細胞の割合が少なく、染色体分配異常の評価が難しいなどの問題点も明らかになってきている。これらについては、なるべく早期に観察を行うことや、低酸素条件でのライブセルイメージングなどで対処していく予定である。一方染色体不安定性のモデルとして、HeLa細胞を用いた検討を行った結果、単一細胞ゲノム解析によって遺伝的不均一性を評価する手法を確立した。これにより、染色体不安定性の程度が高いと遺伝的不均一性が増大すること、また3次元培養などのストレス条件下では、染色体不安定性の高い細胞の方が大きなスフィアを形成し、遺伝的不均一性は低下するという知見も得られている。これは、ストレス条件下で増殖優位性を持った細胞が選択されたことを示唆しており、染色体不安定性によるがん化のモデル実験系となるのではないかと考えられる。以上のように、多くのがんで見られる染色体不安定性が、加齢と共に出現するということを示唆するデータが得られてきており、また染色体不安定性による遺伝的不均一性を評価する手法も確立したことから、本研究課題はおおむね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成30年度の成果をふまえ、今年度は以下のように研究を推進する。
1. 加齢マウスにおける染色体構造・動態データベースの構築：様々な月齢のマウス組織より単離した線維芽細胞について、DAPI染色、H3K9me3, H3K27me3, HP1α・HP1β・HP1γなどの免疫染色を行い、機械学習によってクロマチン構造を比較する。また、FACSによるDNA量や細胞周期の評価、53BP1やγ-H2AXの免疫染色によるDNA損傷の評価、SA-β-Gal染色による細胞老化の評価等を行う。一方染色体動態については、染色体をsiR-DNAで可視化してライブセルイメージングを行い、分裂期進行や染色体分配の異常について評価する。
2. 加齢に伴う染色体安定性の解析：加齢マウスより単離した線維芽細胞の染色体不安定性を、ライブセルイメージングや免疫染色により評価する。またマウスの種々の臓器の切片を観察し、染色体分配異常や微小核の頻度と加齢との関連を検討する。
3. 単一細胞ゲノム解析による染色体不安定性の評価：染色体不安定性の程度の異なるHeLa細胞における、ストレス条件下での遺伝子発現の変化を、RNA-seqによって解析する。これを単一細胞ゲノム解析による染色体コピー数の変化と比較して、その相関を明らかにする。
4. 腫瘍モデルマウスにおける染色体構造・動態の解析：p53ノックアウトマウスより単離した線維芽細胞を用いて、1.と同様の検討を行い、加齢にともなう変化と比較する。またp53ノックアウトマウスで高頻度に出現するT細胞性リンパ腫細胞についても、染色体構造・動態について正常T細胞との比較を行う。
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Research Products
(22 results)
