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Analysis of chromatin structure in degenerating neurons

Research Project

Project/Area Number 18H02723
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Basic Section 51030:Pathophysiologic neuroscience-related
Research InstitutionDoshisha University

Principal Investigator

山中 智行  同志社大学, 研究開発推進機構, 准教授 (00381575)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 貫名 信行  同志社大学, 脳科学研究科, 教授 (10134595)
岩田 淳  地方独立行政法人東京都健康長寿医療センター(東京都健康長寿医療センター研究所), 東京都健康長寿医療センター研究所, 研究員 (40401038)
下郡 智美  国立研究開発法人理化学研究所, 脳神経科学研究センター, チームリーダー (30391981)
Project Period (FY) 2018-04-01 – 2022-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥17,420,000 (Direct Cost: ¥13,400,000、Indirect Cost: ¥4,020,000)
Fiscal Year 2021: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
Fiscal Year 2020: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
Fiscal Year 2019: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000)
Fiscal Year 2018: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000)
Keywords神経変性疾患 / ハンチントン病 / クロマチン構造 / クロマチン免疫沈降 / トランスクリプトミクス / 次世代シーケンス解析
Outline of Annual Research Achievements

ハンチントン病等のポリグルタミン病は、唯一核内に病因タンパク質の重合体(核内封入体)が形成される神経変性疾患である。神経細胞核内の機能異常がその疾患進行に関わっていると考えられ、実際、数千もの遺伝子が発現変化することが見出されている。これまでに、我々を含めた研究グループから、NF-Yなどいくつかの転写調節因子がハンチンチン封入体に取り込まれ、活性阻害されることが報告されている(Yamanaka T et al. EMBO J 2008, Hum Mol Genet 2010、PLoS ONE 2014 etc)。しかしながら、多大な遺伝子発現変化に関わるよりダイナミックな分子機構の存在が期待されている。本研究では、ハンチントン病の核内封入体を指標に変性神経細胞の細胞核を単離する方法を確立し、世界で初めて最新ゲノム技術を用いた変性神経細胞での包括的クロマチン構造解析を行うことにより、神経変性に関わる新規病態メカニズムを明らかにする。本年度は、トランスクリプトミクスを用いた解析を中心に進め、まず、ハンチントン病のマウスモデルで、線条体の中型有棘細胞を選択的にセルソーターで回収し、DNA microarrray解析を行うことにより、DNA障害など新規関連遺伝子の発現変化を同定した (Miyazaki H, Yamanaka T et al, J Biol Chem. 2020)。また、ハンチントン病で障害される転写因子NF-Yについて、そのRNAiベクターをマウス線条体に注入し、ノックダウン細胞をセルソーターで回収し、RNA-seq解析を行うことにより、小胞体関連遺伝子が選択的に発現減少していることも明らかとした (Sci Rep. 2020)。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

セルソーターを用いた解析から、まさに変性しつつある細胞のトランスクリプトームを同定できるようになってきた。さらに、クロマチン免疫沈降-次世代シーケンス解析(ChIP-seq)により、ソートした細胞でのヒストン修飾変化も見出しており、現在これらを統合し解析を進めている。

Strategy for Future Research Activity

ハンチントン病モデルでのChIP-seqをさらに進め、これまでのヒストン修飾とともに、ハンチンチン凝集体やクロマチン構造調製に関わるCTCFなどの結合部位の同定を行う。さらに、3C法などを用いてクロマチンの構造変化を確認するとともに、これらによる遺伝子発現異常や神経変性への影響を明らかとし、学会や誌上での発表を行う。

Report

(3 results)
  • 2020 Annual Research Report
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report

Research Products

(21 results)

All 2021 2020 2019 2018 Other

All Int'l Joint Research (3 results) Journal Article (9 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 9 results,  Open Access: 5 results) Presentation (7 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 1 results) Remarks (2 results)

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  • [Journal Article] Proteomic analysis of subcellular compartments containing disseminated alpha-synuclein seeds2021

    • Author(s)
      Kasahara Junya、Imamura Yukio、Hiyama Akiko、Yamanaka Tomoyuki、Miyazaki Haruko、Nukina Nobuyuki
    • Journal Title

      Neuroscience Research

      Volume: 20 Pages: 341-349

    • DOI

      10.1016/j.neures.2020.11.009

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    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Proteomics-Based Approach Identifies Altered ER Domain Properties by ALS-Linked VAPB Mutation2020

    • Author(s)
      Yamanaka Tomoyuki、Nishiyama Risa、Shimogori Tomomi、Nukina Nobuyuki
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 10 Pages: 7610-7610

    • DOI

      10.1038/s41598-020-64517-z

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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] FACS-array?based cell purification yields a specific transcriptome of striatal medium spiny neurons in a murine Huntington disease model2020

    • Author(s)
      Miyazaki Haruko、Yamanaka Tomoyuki、Oyama Fumitaka、Kino Yoshihiro、Kurosawa Masaru、Yamada-Kurosawa Mizuki、Yamano Risa、Shimogori Tomomi、Hattori Nobutaka、Nukina Nobuyuki
    • Journal Title

      Journal of Biological Chemistry

      Volume: 295 Pages: 9768-9785

    • DOI

      10.1074/jbc.ra120.012983

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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Gene expression profiling in neuronal cells identifies a different type of transcriptome modulated by NF-Y2020

    • Author(s)
      Yamanaka Tomoyuki、Miyazaki Haruko、Tosaki Asako、Maity Sankar N.、Shimogori Tomomi、Hattori Nobutaka、Nukina Nobuyuki
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 10 Pages: 21714-21714

    • DOI

      10.1038/s41598-020-78682-8

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      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Preserved proteinase K-resistant core after amplification of alpha-synuclein aggregates : Implication to disease-related structural study.2020

    • Author(s)
      Yoshinaga S, Yamanaka T, Miyazaki H, Okuzumi A, Hiyama A, Murayama S, Nukina N.
    • Journal Title

      Biochem Biophys Res Commun.

      Volume: 522 Pages: 655-661

    • DOI

      10.1016/j.bbrc.2019.11.142

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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Sequence- and seed-structure-dependent polymorphic fibrils of alpha-synuclein2019

    • Author(s)
      Tanaka Goki、Yamanaka Tomoyuki、Furukawa Yoshiaki、Kajimura Naoko、Mitsuoka Kaoru、Nukina Nobuyuki
    • Journal Title

      Biochimica et Biophysica Acta - Molecular Basis of Disease

      Volume: 19 Pages: 30065-1

    • DOI

      10.1016/j.bbadis.2019.02.013

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  • [Journal Article] Biochemical and morphological classification of disease-associated alpha-synuclein mutants aggregates2019

    • Author(s)
      Tanaka Goki、Yamanaka Tomoyuki、Furukawa Yoshiaki、Kajimura Naoko、Mitsuoka Kaoru、Nukina Nobuyuki
    • Journal Title

      Biochemical and Biophysical Research Communications

      Volume: 508 Pages: 729-734

    • DOI

      10.1016/j.bbrc.2018.11.200

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    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Non-coding RNA Neat1 and Abhd11os expressions are dysregulated in medium spiny neurons of Huntington disease model mice2018

    • Author(s)
      Park Hongsun、Miyazaki Haruko、Yamanaka Tomoyuki、Nukina Nobuyuki
    • Journal Title

      Neuroscience Research

      Volume: - Pages: 30551-0

    • DOI

      10.1016/j.neures.2018.10.013

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      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Rapid dissemination of alpha-synuclein seeds through neural circuits in an in-vivo prion-like seeding experiment2018

    • Author(s)
      Okuzumi, A., Kurosawa, M., Hatano, T., Takanashi, M., Nojiri, S., Fukuhara, T., Yamanaka, T., Miyazaki, H., Yoshinaga, S., Furukawa, Y., Shimogori, T., Hattori, N., Nukina, N.
    • Journal Title

      Acta Neuropathol Commun

      Volume: 6 Pages: 96-96

    • DOI

      10.1186/s40478-018-0587-0

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      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] オルガネラ係留タンパク質VAPBのALS変異による小胞体プロテオーム変化2020

    • Author(s)
      山中智行、西山里瑳、下郡智美、貫名信行
    • Organizer
      第93回日本生化学会
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] Identification of ER sheet/tubule-specific proteomes and its alteration by ALS-linked VAPB mutation2019

    • Author(s)
      山中智行、西山里瑳、下郡智美、貫名信行
    • Organizer
      第42回日本分子生物学会年会
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      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] ALS関連遺伝子による小胞体病態とプロテオミクス2019

    • Author(s)
      山中智行
    • Organizer
      2019年度同志社大学ハリス理化学研究所研究発表会
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  • [Presentation] 神経の発生と変性を異なるメカニズムで制御する普遍的転写因子2019

    • Author(s)
      山中智行、下郡智美、貫名信行
    • Organizer
      第71回日本細胞生物学会
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      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Immuno-isolation of different ER membrane domains from cultured cells2018

    • Author(s)
      Yamanaka T, Nishiyama R, Nukina N
    • Organizer
      第70回日本細胞生物学会大会
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  • [Presentation] Biochemical characterization of pathological ER domain isolated from cultured cells2018

    • Author(s)
      Yamanaka T, Nukina N
    • Organizer
      Cold Spring Harbor Laboratory Conference
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  • [Presentation] A transcriptional factor involved in neurogenesis and degeneration2018

    • Author(s)
      Yamanaka T
    • Organizer
      Burke Neurological Institute Special Seminar
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    • Invited
  • [Remarks] 同志社大学大学院脳科学研究科

    • URL

      https://brainscience.doshisha.ac.jp/

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  • [Remarks] 同志社大学大学院脳科学研究科認知記憶加齢部門

    • URL

      http://brainscience.doshisha.ac.jp/introduction/pat/ca.html

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Published: 2018-04-23   Modified: 2021-12-27  

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