2020 Fiscal Year Annual Research Report
幹細胞のエンハンサー機能を支えるクロマチン継承機構
Publicly Offered Research
| Project Area | Mechanisms underlying replication of non-genomic codes that mediate plasticity and robustness for cellular inheritance |
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| Project/Area Number |
20H05395
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
秋山 智彦 慶應義塾大学, 医学部(信濃町), 講師 (20570691)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 幹細胞 / 自己複製 / エンハンサー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
造血幹細胞や多能性幹細胞に代表される「幹細胞」の非ゲノム情報はどのように維持されているのだろうか。分化能を有しながら自己複製を行う幹細胞は堅牢性と可塑性を兼ね備えていると考えられる。自己複製していた細胞が、環境変化に応じて分化細胞へと転じるには体細胞とは異なり、それまでの性質、すなわち未分化維持に関わる非ゲノム情報をすみやかに除去しなければならない。胚性幹細胞(ES細胞)の場合、OCT4を中心とした転写因子ネットワークがそれに当たるが、いかにしてOCT4が自己複製を制御しつつ、柔軟に細胞分化に対応できるのかは大きな謎である。本研究では、性染色体にコードされるJmjCドメイン蛋白質UTXおよびUTYがOCT4を正しいエンハンサー領域に配置させる候補因子であることを見出した。UTX/UTYによる脱メチル化酵素非依存的なエンハンサー形成機構を明らかにするために、UTXとUTYのChIP-seqを行い、ゲノム上の結合サイトを調べた。その結果、UTX/UTYは、活性化遺伝子のエンハンサー領域とプロモーター領域に結合していることがわかった。UTX/UTYのダブルノックアウト(DKO)させた細胞では、遺伝子の抑制化が起こるため、両ファクターはエンハンサーとプロモーターの相互作用を制御している可能性が高い。それを支持するデータとしてUTX/UTYのDKOでは、OCT4の乖離だけではなく、転写マシナリーを構成するCHD7やRNAポリメラーゼIIの欠落を引き起こすことが分かった。さらに分化誘導を行ったところDKO細胞では、テラトーマ形成能に異常が起こり、自己組織化された成熟性組織を形成することができないことがわかった。
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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
当初計画した幹細胞の自己複製能と分化能を制御するエンハンサー構造の変化を明らかにすることができたため。
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| Strategy for Future Research Activity |
分化誘導したES細胞においてOCT4のゲノムワイドな結合変化を調べ、分化初期、そして分化遷移期に機能的エンハンサー領域に結合するのか検証する。留意する点として、分化遷移期には、分化を担う新たな転写因子ネットワークを構築する転写因子が発現してくる。例えば、中胚葉系分化では、転写因子GATA4, CDX2, EOMESが早期に発現する。つまり、OCT4とこれらの転写因子が１つの細胞内で共存する状態が分化過程にあると考えられる。したがって、分化遷移期のOCT4結合と同時に、分化関連因子の結合変化を調べることがエンハンサー構造の同定には重要である。OCT4が新たに結合する領域およびのクロマチン構造の特徴を見出し、分化遷移期に働くエンハンサー構造を明らかにする。
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Research Products
(3 results)
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[Journal Article] Generation and Profiling of 2,135 Human ESC Lines for the Systematic Analyses of Cell States Perturbed by Inducing Single Transcription Factors2020
Author(s)
Nakatake Y, Ko SBH, Sharov AA, Wakabayashi S, Murakami M, Sakota M, Chikazawa N, Ookura C, Sato S, Ito N, Ishikawa-Hirayama M, Mak SS, Jakt LM, Ueno T, Hiratsuka K, Matsushita M, Goparaju SK, Akiyama T, Ishiguro KI, Oda M, Gouda N, Umezawa A, Akutsu H, Nishimura K, Matoba R, Ohara O, Ko MSH.
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Journal Title
Cell Reports
Volume: 31
Pages: 107655～107655
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Fatty Acid Synthesis Is Indispensable for Survival of Human Pluripotent Stem Cells2020
Author(s)
Tanosaki S, Tohyama S, Fujita J, Someya S, Hishiki T, Matsuura T, Nakanishi H, Ohto-Nakanishi T, Akiyama T, Morita Y, Kishino Y, Okada M, Tani H, Soma Y, Nakajima K, Kanazawa H, Sugimoto M, Ko MSH, Suematsu M, Fukuda K.
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Journal Title
iScience
Volume: 23
Pages: 101535～101535
DOI
Peer Reviewed / Open Access
