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Elucidation of mechanisms underlying stem cell aging induced by deregulation of histone modifications and development of anti-aging therapies by maintaining their functions

Research Project

Project/Area Number 19K22546
Research Category

Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Medium-sized Section 49:Pathology, infection/immunology, and related fields
Research InstitutionTokyo Women's Medical University

Principal Investigator

本田 浩章  東京女子医科大学, 医学部, 教授 (40245064)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 世良 康如  東京女子医科大学, 医学部, 助教 (40836532)
本田 善一郎  お茶の水女子大学, 保健管理センター, 教授 (70238814)
岩崎 正幸  東京女子医科大学, 医学部, 講師 (70790913)
Project Period (FY) 2019-06-28 – 2022-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2020: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Fiscal Year 2019: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Keywordsエピジェネティクス / ヒストン脱メチル化 / UTX / UTY / 幹細胞老化 / ヒストンメチル化・脱メチル化 / ヒストン修飾 / 幹細胞 / 老化 / 抗加齢療法
Outline of Research at the Start

UTXはX染色体特異的遺伝子であり、ヒストンH3の27番目のリジン残基(H3K27)を脱メチル化する。我々はUTX欠損マウスを作製し、UTXの欠失は造血幹細胞を老化に誘導することを見出した。
この申請では、様々な組織においてUTXを欠損させ、UTX欠失と組織幹細胞老化の分子機構について解明を行う。また、UTX機能維持による老化の遅延・回復について検討し、さらにY染色体上のUTX相補体であるUTY欠失マウスも作製し、男女による老化感受性の違いについても探索を行う。得られた結果は、ヒストン修飾因子を介した老化制御機構に新たな知見をもたらすと共に、新たな抗加齢療法の発展に貢献すると期待される。

Outline of Annual Research Achievements

我々はヒストン修飾因子であるUtxのコンディショナルノックアウト(cKO)マウスを作製し、ERT2マウスと掛け合わせtamoxifenで欠失誘導を行い造血組織を中心に解析を行った。その結果、血球形態異常、髄外造血による脾臓腫大、造血幹細胞移植での骨髄再構築能低下という、造血幹細胞老化に特徴的な所見を認めた。この申請では、このUtx欠失による老化が各種組織幹細胞で普遍的に認められるかについて、様々な組織特異的Creマウスと掛け合わせ、その組織が老化の表現型を呈するかどうかについて検討を行なう。
これまで、Utx cKOマウスを皮膚特異的にCreを発現するK5Creマウス、脳特異的にCreを発現するSox1Creマウス、血管内皮特異的にCreを発現するTie2Creマウス、骨特異的にCreを発現するDmp1Creマウスと掛け合わせた。現在まで、皮膚特異的、脳特異的、骨特異的にUtxを欠損したマウスが得られ、解析を行なっている。明らかな表現型が認められ、これまで最も解析が進んでいるのは、脳特異的Utx欠失マウスである(【現在までの進捗状況】参照)。
また、Utxの発現増加が表現型の回復に寄与するかについても併せて検討する目的で、ノックインの手法により誘導可能にUtxを高発現するUtx cKIマウスの作製を行なった。このマウスについて、目的組織でのUtxの高発現を確認し、上記マウスとの掛け合わせを予定している。
また、UTXはX染色体上に存在し、Y染色体上にその相補体であるUTYが存在する。女性と男性での老化感受性の違いについて検討する目的で、Utyのノックアウトマウスの作製も行い、Utx cKOとの表現型の相違について解析を行う。、Utyノックアウトマウスはすでに得られており、造血細胞を用いたウェスタンブロットによりUTY蛋白質の欠失が確認されている。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

皮膚特異的、脳特異的、骨特異的にUtxを欠損したマウスのうち、もっとも表現型が強く認められているマウスとして、脳特異的Utx欠失マウスが挙げられる。脳特異的Utx欠失マウスは成体マウスの中に目的マウスが認められず、胎児および新生児の解析を行なったところ、生後1日以内に死亡することが判明した。このマウスの病理解析を行ったところ、脳特異的Utx欠失マウスはコントロール(Ctrl)マウスに比較して脳室が著名に拡大していることが明らかとなった。当初は、脳室拡大の原因について脳室繊毛の未発達を疑い電子顕微鏡写真を撮影し、脳特異的Utx欠失マウスで繊毛の数および頻度の減少を認めたが、胎生期および出生直後の髄液還流では繊毛は重要で無いことが判明したため、現在E12.5の脳のstem分画とE18.5のstem, neuron分画でRNA-seqとpathway解析を行ないコントロールと比較を行うとともに、ヒストン修飾変化(UTXが関与するH3K27me3, H3K4me1)について検討を行っている。また、Y染色体上に存在するUtxの相補体であるUtyのノックアウトマウスについてはすでに作製が終わっており、WBによりUTY欠失が確認されている。
今年度予定していた皮膚特異的、血管内皮特異的、骨特異的Utx欠失マウスの解析と、Utx高発現マウスとの掛け合わせ、およびUty KOマウスとの掛け合わせについては、動物実験施設の新校舎への移動があり全ての遺伝子改変マウスラインについて体外受精・受精卵凍結を行い融解・移植して個体化したことと、新型コロナにより実験が出来ない期間がありまた試薬の搬入も滞ったため、予定よりも実験の進行が遅くなり、来年度の施行を予定している。

Strategy for Future Research Activity

脳特異的Utx欠失マウスは脳室拡大を来すことが判明した。この分子機構について上記の方法で解明を試みるが、生後すぐ死亡するため脳の老化マウスモデルとしては活用できない。そこで、誘導可能に脳細胞で目的遺伝子を欠失させるNestin-ERT2Creマウスを理研バイオリソースセンター導入し、Utx cKOマウスと掛け合わせを行っている。Utx cKO, Nestin-ERT2Creマウスが得られたらtamoxifen投与により後天性にUtxを脳細胞で欠失させたマウスを作製し、行動実験等によりCtrlマウスとの違いを解析し、病理学的な解析と分子生物学的な解析を予定している。
皮膚特異的Utx欠失マウスは加齢と共に脱毛を認め、毛根幹細胞の老化マウスの可能性がある。この機序を解明する目的で、皮膚特異的Utx欠失マウスとCtrlマウスの皮膚を採取し病理学的検索を行うと共に、毛根幹細胞を単離しRNA-seqやパスウェイ解析を予定している。
Utx cKIマウスについては、ERT2Creマウスと掛け合わせtamoxifenを投与し造血細胞を単離してUTX発現上昇を確認する。このマウスをUtx cKO, ERT2Creマウスと掛け合わせてUtx cKO, ERT2CreマウスおよびUtx cKO, Utx cKI, ERT2Creマウスを作製し、tamoxifen投与を行うことによりUtx cKO, ERT2Creマウスに認められる造血幹細胞老化の表現型がUtx高発現によりrescueされるかどうかを検討する。
Uty KOマウスについてはUtx cKOマウスと交配し、Utx cKO, Uty KOマウスを作製する。このマウスを各種Creマウスと交配し、Utx cKOマウスとUtx cKO, Uty KOマウスの表現型を比較し、男女間での老化感受性の違いについて検討する。

Report

(2 results)
  • 2020 Research-status Report
  • 2019 Research-status Report

Research Products

(17 results)

All 2021 2020 2019 Other

All Journal Article (11 results) (of which Int'l Joint Research: 8 results,  Peer Reviewed: 11 results,  Open Access: 7 results) Presentation (5 results) (of which Invited: 2 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Mutant ASXL1 induces age-related expansion of phenotypic hematopoietic stem cells through activation of Akt/mTOR pathway2021

    • Author(s)
      Fujino Takeshi、Goyama Susumu、Sugiura Yuki、Inoue Daichi、Asada Shuhei、Yamasaki Satoshi、Matsumoto Akiko、Yamaguchi Kiyoshi、Isobe Yumiko、Tsuchiya Akiho、Shikata Shiori、Sato Naru、Morinaga Hironobu、Fukuyama Tomofusa、Tanaka Yosuke、Fukushima Tsuyoshi、Takeda Reina、Yamamoto Keita、Honda Hiroaki et al
    • Journal Title

      Nature Communixcations

      Volume: 12 Pages: 1826-1826

    • DOI

      10.1038/s41467-021-22053-y

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] UTX maintains functional integrity of murine hematopoietic system by globally regulating aging-associated genes.2021

    • Author(s)
      Sera Y; Nakata Y; Ueda T; Yamasaki N; Koide S; Kobayashi H; Ikeda KI; Kobatake K; Iwasaki M; Oda H; Wolff L; Kanai A; Nagamachi A; Inaba T; Sotomaru Y; Ichinohe T; Koizumi M; Miyakawa Y; Honda ZI; Iwama A; Suda T; Takubo K; Honda H
    • Journal Title

      Blood

      Volume: 137 Pages: 908-922

    • DOI

      10.1182/blood.2019001044

    • NAID

      40022770508

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Association of aberrant ASNS imprinting with asparaginase sensitivity and chromosomal abnormality in childhood BCP-ALL2020

    • Author(s)
      Atsushi Watanabe, Kunio Miyake, Jessica Nordlund, Ann-Christine Syvanen, Louise van der Weyden, Hiroaki Honda, Norimasa Yamasaki, Akiko Nagamachi, Toshiya Inaba, Tomokatsu Ikawa, Kevin Y Urayama, Nobutaka Kiyokawa, Akira Ohara, Shunsuke Kimura, Yasuo Kubota, Junko Takita, Hiroaki Goto, Kimiyoshi Sakaguchi, et al.
    • Journal Title

      Blood

      Volume: 136 Pages: 2319-2333

    • DOI

      10.1182/blood.2019004090

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [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.
    • Journal Title

      Blood

      Volume: 136 Pages: 1670-1684

    • DOI

      10.1182/blood.2019004613

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Jmjd3 plays pivotal roles in the proper development of early-born retinal lineages, amacrine, horizontal, and retinal ganglion cells.2020

    • Author(s)
      Iwagawa T, Honda H, Watanabe S.
    • Journal Title

      Invest Ophthalmol Vis Sci

      Volume: 61 Pages: 43-43

    • DOI

      10.1167/iovs.61.11.43

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Dual Regulation of Histone Methylation by mTOR Complexes Controls Glioblastoma Tumor Cell Growth via EZH2 and SAM2020

    • Author(s)
      Harachi Mio、Masui Kenta、Honda Hiroaki、Muragaki Yoshihiro、Kawamata Takakazu、Cavenee Webster K.、Mischel Paul S.、Shibata Noriyuki
    • Journal Title

      Mol Cancer Res

      Volume: 18 Pages: 1142-1152

    • DOI

      10.1158/1541-7786.mcr-20-0024

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] H3K27me3 demethylase UTX regulates the differentiation of a subset of bipolar cells in the mouse retina.2020

    • Author(s)
      Umutoni, D., Iwagawa, T., Baba, Y., Tsuhako, A., Honda, H., Aihara, M, Watanabe, S.
    • Journal Title

      Genes to Cells

      Volume: 25 Pages: 402-412

    • DOI

      10.1111/gtc.12767

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Accumulation of versican facilitates wound healing: implication of its initial ADAMTS-cleavage site.2020

    • Author(s)
      Islam S, Chuensirikulchai K, Khummuang S, Keratibumrungpong T, Kongtawelert P, Kasinrerk W, Hatano S, Nagamachi A, Honda H, *Watanabe H.
    • Journal Title

      Matrix Biol

      Volume: 87 Pages: 77-93

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Kdm6a Deficiency Activates Inflammatory Pathways, Promotes M2 Macrophage Polarization, and Causes Bladder Cancer in Cooperation with p53 Dysfunction2020

    • Author(s)
      Kobatake Kohei et al., Honda Zen-ichiro et al. and Honda Hiroaki
    • Journal Title

      Clin Cancer Res

      Volume: 26 Pages: 2065-2079

    • DOI

      10.1158/1078-0432.ccr-19-2230

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] The loss of dopaminergic neurons in DEC1 deficient mice potentially involves the decrease of PI3K/Akt/GSK3β signaling.2019

    • Author(s)
      4.Zhu Z, Yichen W, Ziheng Z, Dighao G, Ming L, Wei L, Enfang S, Gang H, Honda H, Jian Y
    • Journal Title

      Aging

      Volume: 11 Pages: 12733-12753

    • DOI

      10.18632/aging.102599

    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Discrimination of dormant and active hematopoietic stem cells by G0 markers reveals dormancy regulation by cytoplasmic calcium.2019

    • Author(s)
      5.Fukushima T, Tanaka Y, Hamey FK, Chang CH, Oki T, Asada S, Hayashi Y, Fujino T, Yonezawa T, Takeda R, Kawabata KC, Fukuyama T, Umemoto T, Takubo K, Takizawa H, Goyama S, Ishihama Y, Honda H, Gottgens B, Kitamura T.
    • Journal Title

      Cell Reports

      Volume: 29 Pages: 4144-4158

    • DOI

      10.1016/j.celrep.2019.11.061

    • NAID

      120006892032

    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] 1.膀胱がん発症におけるヒストン修飾因子KDM6Aの機能解析2020

    • Author(s)
      本田浩章
    • Organizer
      国立がんセンター鶴岡カンファランス
    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] 2.ヒストン修飾因子UTXは老化関連遺伝子を制御することにより造血形維持に関与する2020

    • Author(s)
      世良康如, 本田浩章
    • Organizer
      第1回レドックスR&D戦略研究会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] MLL遺伝子再構成を伴う急性骨髄性白血病幹細胞における15-PGDHの役割2019

    • Author(s)
      岩崎正幸、本田浩章、大里元美、Michael Cleary
    • Organizer
      第78回日本癌学会学術総会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] ヒストン脱メチル化酵素JMJD3が白血病を誘導させるエピゲノム制御および蛋白質相互作用の解明2019

    • Author(s)
      中田雄一郎、上田健、金井昭教、世良康如、竹田浩之、神沼修、本田浩章
    • Organizer
      第92回日本生化学会大会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] ヒストンの修飾因子UTXの脳特異的な欠損マウスの解析2019

    • Author(s)
      小泉美穂、三田村佳勇、世良康如、本田浩章、衛藤光、岸雄介、藤平篤志
    • Organizer
      第42回日本分子生物学会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Remarks] 東京女子医科大学・実験動物研究所

    • URL

      http://www.twmu.ac.jp/ILA/

    • Related Report
      2019 Research-status Report

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Published: 2019-07-04   Modified: 2021-12-27  

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