Characterization of chromatin replication associated with stem cell fate decision
| Project Area | Mechanisms underlying replication of non-genomic codes that mediate plasticity and robustness for cellular inheritance |
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| Project/Area Number |
19H05746
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Biological Sciences
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
岩間 厚志 東京大学, 医科学研究所, 教授 (70244126)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
北村 俊雄 東京大学, 大学院薬学系研究科(薬学部), 特任研究員 (20282527)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥168,220,000 (Direct Cost: ¥129,400,000、Indirect Cost: ¥38,820,000)
Fiscal Year 2022: ¥31,850,000 (Direct Cost: ¥24,500,000、Indirect Cost: ¥7,350,000)
Fiscal Year 2021: ¥30,030,000 (Direct Cost: ¥23,100,000、Indirect Cost: ¥6,930,000)
Fiscal Year 2020: ¥33,670,000 (Direct Cost: ¥25,900,000、Indirect Cost: ¥7,770,000)
Fiscal Year 2019: ¥39,000,000 (Direct Cost: ¥30,000,000、Indirect Cost: ¥9,000,000)
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| Keywords | 幹細胞 / 運命決定 / クロマチン複製 / 造血幹細胞 / 自己複製 / 非ゲノム情報 |
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| Outline of Research at the Start |
造血幹細胞とその分裂によって生じる2 つの娘細胞のシングルセル解析を行い、それらのクロマチン複製様式を明らかにする。シングルセルATAC-Seq によるオープンクロマチン領域解析、シングルセルHi-C 解析によるトポロジカル関連ドメイン解析、ならびにシングルセルRNA-seq を行い、造血幹細胞の分裂様式をクロマチン複製と遺伝子発現の観点から理解し、娘細胞のシングルセル骨髄移植によって規定される造血幹細胞の生物学的な自己複製・分化との対応を明らかにする。さらに、本領域研究において同定されるクロマチン複製制御因子群の生物学的意義を、造血幹細胞の自己複製における機能の検証を通して理解する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究においては、造血幹細胞とその分裂によって生じる2つの娘細胞のシングルセル解析を行い、それらのクロマチン複製様式を明らかにする。具体的にはシン グルセルATAC-Seq によるオープンクロマチン領域解析、シングルセルHi-C 解析によるトポロジカル関連ドメイン(TAD)解析、ならびにシングルセルRNA-seq を 行い、造血幹細胞の分裂様式をクロマチン複製と遺伝子発現の観点から理解し、娘細胞のシングルセル骨髄移植によって規定される造血幹細胞の生物学的な自己 複製・分化との対応を明らかにする。また、エピゲノム調節に関与するscaffold分子ASXL1がヒストン修飾の複製を介してクロマチン複製を制御する可能性につい て検証する。岩間は、シングルセルを用いてRNA-seqとHi-C 解析によるトポロジカル関連ドメイン(TAD)解析を同時に行う系を確立した。この系を用いて、造血幹細胞の分裂時におけるクロマチン複製様式と生物学的な自己複製・分化との対応を明らかにすべく解析を進めている。また、シングルセルRNA-seq単独の解析も同時にデータを取得しつつある。北村は、DNA複製の際に早期に複製されるヒストンH3K4、少し遅れて次のS期までに複製されるH3K27のメチル化を中心として解析を行なっているが、これまでにscaffold分子ASXL1の種々修飾部位変異体や欠失を用いたin vitroの再構成系を立ち上げ、どのような変異によりヒストン修飾が維持できなくなるかについて解析を行うとともに、ASXL1変異体発現マウスの造血幹細胞の特性について解析を進めている。
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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
予定しているプロジェクトを確実に進めつつある。想定外の課題も多いがその都度計画を調整・変更しながら、目的達成に向け研究が進展している。特にシングルセルを用いてRNA-seqとHi-C 解析によるトポロジカル関連ドメイン (TAD)解析を同時に行う系を確立したことは、今後の研究を進める上で極めて重要な進歩である。
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| Strategy for Future Research Activity |
【研究項目1】 造血幹細胞の細胞運命を規定するクロマチン複製様式の同定(岩間)
造血幹細胞とその分裂によって生じる2つの娘細胞のシン グルセルの解析を通して、造血幹細胞の分裂様式をクロマチン複製と遺伝子発現の観点から理解する。令和2年度にシングルセルを用いてRNA-seqとHi-C 解析によるトポロジカル関連ドメイン (TAD)解析を同時に行う系を確立した。この系を用いて、造血幹細胞の分裂時におけるクロマチン複製様式と生物学的な自己複製・分化との対応を明らかにする。
【研究項目2】 非ゲノム情報調節因子ASXL1 によるクロマチン複製制御機構の解明(北村・岩間)
ASXL1 は多くのエピジェネティック関連分子と結合し、H3K4me3、H3K27me3, H2AK119Ub1 などのエピゲノム調節に関与するscaffold 分子として機能する。ASXL1 がクロマチン複製の際に これらの修飾酵素を必要な遺伝子座に呼び込むものと考えられ、変異体ではクロマチン複製に障害が生じ、造血幹細胞の自己複製に異常をきたすことが想定される。本計画では、DNA 複製の際に早期に複製されるヒストンH3K4、少し遅れて次のS期までに複製されるH3K27 のメチル化を中心としてヒストン修飾の複製の分子機構を調べる。また、ASXL1の変異体を発現するマウスの造血幹細胞を用いた検証も行う。
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Report
(2 results)
Research Products
(21 results)
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[Journal Article] Limited rejuvenation of aged hematopoietic stem cells in young bone marrow niche2021
Author(s)
Kuribayashi W, Oshima M, Itokawa N, Koide S, Nakajima-Takagi Y, Yamashita M, Yamazaki S, Rahmutulla B, Miura F, Ito T, Kaneda A, Iwama A.
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Journal Title
Journal of Experimental Medicine
Volume: 218
DOI
NAID
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] HHEX promotes myeloid transformation in cooperation with mutant ASXL1.2020
Author(s)
Takeda R, Asada S, Park SJ, Yokoyama A, Becker H, Kanai A, Visconte V, Hershberger C, Hayashi Y, Yonezawa T, Tamura M, Fukushima T, Tanaka Y, Fukuyama T, Matsumoto A, Yamasaki S, Nakai K, Yamazaki S, Inaba T, Shibata T, Inoue D, Honda H, Goyama S, Maciejewski J, Kitamura T.
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Journal Title
Blood
Volume: 136
Pages: 1670-1684
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Akt inhibition synergizes with polycomb repressive complex 2 inhibition in the treatment of multiple myeloma.2019
Author(s)
Rizk M, Rizq O, Oshima M, Nakajima-Takagi Y, Koide S, Saraya A, Isshiki Y, Chiba T, Yamazaki S, Ma A, Jin J, Iwama A, Mimura N.
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Journal Title
Cancer Sci.
Volume: 110
Pages: 3695-3707
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] KDM2B in polycomb repressive complex 1.1 functions as a tumor suppressor in the initiation of T-cell leukemogenesis.2019
Author(s)
Isshiki Y, Nakajima-Takagi Y, Oshima M, Aoyama K, Rizk M, Kurosawa S, Saraya A, Kondo T, Sakaida E, Nakaseko C, Yokote K, Koseki H, Iwama A.
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Journal Title
Blood Advances
Volume: 3
Pages: 2537-2549
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] The chromatin binding protein Phf6 restricts the self-renewal of hematopoietic stem cells.2019
Author(s)
Miyagi S, Sroczynska P, Kato Y, Nakajima-Takagi Y, Oshima M, Rizq O, Takayama N, Saraya A, Mizuno S, Sugiyama F, Takahashi S, Matsuzaki Y, Christensen J, Helin K, and Iwama A.
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Journal Title
Blood
Volume: -
Pages: 2495-2506
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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