Genome-stabilizing activity of aldehyde catalyzing enzymes that support epigenetic reprogramming
| Project/Area Number |
20K21394
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 43:Biology at molecular to cellular levels, and related fields
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
高田 穣 京都大学, 生命科学研究科, 特任教授 (30281728)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
牟 安峰 京都大学, 生命科学研究科, 特定助教 (20894455)
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| Project Period (FY) |
2020-07-30 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
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| Keywords | ADH5 / ホルムアルデヒド / ALDH2 / Fanconi anemia / iPS cells / reprogramming / 脱メチル化 / ADD症候群 / ADD syndrome / エピゲノム再構成 / フォルムアルデヒド / ゲノム損傷 / iPS細胞 / リプログラミング / アルデヒド / エピジェネティックリプログラミング / 脱メチル化酵素 |
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| Outline of Research at the Start |
生体内の発生・分化・強力な転写活性化など、さまざまな場面で、細胞のゲノムにクロマチン修飾・高次クロマチン構造のドラスティックな変化が生じる（これをepigenetic reprogramming、エピゲノム再構築と定義）。本研究では、エピゲノム再構築に伴うヒストン脱メチル化反応によるホルムアルデヒド（HCHO）産生がゲノムを損傷すること、そして、HCHOを分解する酵素群であるADH5/ALDH2による解毒作用がエピゲノム再構築を支える必須メカニズムであることを、①iPS細胞初期化、②細胞株における低酸素下からの再酸素化、の２つの実験系において検証する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、エピゲノム再構築に伴うヒストン脱メチル化反応によるホルムアルデヒド（HCHO）産生がゲノムを損傷すること、そして、HCHOを分解する酵素群であるADH5/ALDH2による解毒作用がエピゲノム再構築を支える必須メカニズムであることを検証する。研究開始時、(1)ADH5/ALDH2のiPS細胞初期化における役割の検討と、(2)ADH5/ALDH2の低酸素から高酸素への再酸素化における役割の検討を設定したが、後者は実験的に困難であることが判明した。そこで(1)に集中して検討を進めてきた。まず、我々が発見した患者由来のADH5/ALDH2欠損線維芽細胞は、山中4因子を用いたリプログラミング効率が非常に低かった。この患者由来線維芽細胞に、ADH5をドキシサイクリン(DOX)誘導性に発現させたうえで、リプログラミングを試みたが、増殖効率が非常に悪く、明瞭な結果を得ることができなかった。そこで、すでにiPS細胞化した同じ患者由来のADH5/ALDH2欠損iPS細胞(AP39P-iPSC, Anfeng Mu et al. Blood 2021にて既報)に、DOX誘導性のADH5発現カセッテをノックインしたものを用意し、インビトロで再度線維芽細胞に分化させた。この細胞の増殖を安定化するため、さらにTERTをステーブルに導入した。この細胞では、山中４因子をトランジェントに導入して、リプログラミングが可能であることを確認した。この系において、DOXYCYCLINE添加は、明瞭にリプログラミング効率を増大させる結果を得た。この系で、様々な薬剤によるリプログラミング効率への影響を調べた。ホルムアルデヒドのスカベンジャーであるDimedoneのリプログラミング増強効果はあまりなく、 ALDH2のアゴニスト薬剤C1の効果もわずかであった。さらに、リプログラミング過程における培養上清中のホルムアルデヒドを測定したが、優位な上昇をいまのところ確認できていない。今回の研究で確立した実験系を用いて、さらに研究継続の必要がある。
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Report
(4 results)
Research Products
(21 results)
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[Journal Article] Analysis of disease model iPSCs derived from patients with a novel Fanconi anemia-like IBMFS ADH5/ALDH2 deficiency.2021
Author(s)
Anfeng Mu, Asuka Hira, Akira Niwa, Mitsujiro Osawa, Kenichi Yoshida, Minako Mori, Yusuke Okamoto, Kazuko Inoue, Keita Kondo, Masato T. Kanemaki, Tomonari Matsuda, Etsuro Ito, Seiji Kojima, Tatsutoshi Nakahata, Seishi Ogawa, Keigo Tanaka, Keitaro Matsuo, Megumu K. Saito, Minoru Takata.
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Journal Title
Blood
Volume: 137
Issue: 15
Pages: 2021-2032
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Presentation] Loss of SLFN11 gene expression rescues the Fanconi anemia phenotype by stabilizing stalled replication forks.2020
Author(s)
Yusuke Okamoto, Masako Abe, Mu Anfeng, Yasuko Tempaku, Colette B. Rogers, Ayako L. Mochizuki, Yoko Katsuki1, Masato T. Kanemaki, Akifumi Takaori-Kondo, Alex Sobeck, Anja-Katrin Bielinsky, and Minoru Takata.
Organizer
Fanconi Anemia Research Fund Virtual Scientific Symposia.
Related Report
Int'l Joint Research
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