| Project/Area Number |
22K18411
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 59:Sports sciences, physical education, health sciences, and related fields
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
酒井 寿郎 東北大学, 医学系研究科, 教授 (80323020)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松村 欣宏 秋田大学, 医学系研究科, 教授 (20375257)
米代 武司 東北大学, 医学系研究科, 准教授 (40724167)
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| Project Period (FY) |
2022-06-30 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥26,000,000 (Direct Cost: ¥20,000,000、Indirect Cost: ¥6,000,000)
Fiscal Year 2025: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000)
Fiscal Year 2024: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000)
Fiscal Year 2023: ¥7,150,000 (Direct Cost: ¥5,500,000、Indirect Cost: ¥1,650,000)
Fiscal Year 2022: ¥7,150,000 (Direct Cost: ¥5,500,000、Indirect Cost: ¥1,650,000)
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| Keywords | メタボリックシンドローム / エピゲノム / 生活習慣病 / 脂肪細胞 / 栄養環境 |
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| Outline of Research at the Start |
エンハンサーとよばれるDNAシスエレメント領域は、環境刺激で準備状態から活性化状態へと変化し、細胞特異的な遺伝子発現を誘導する。本研究では、脂肪細胞のエンハンサーを制御するタンパク質複合体（モジュール）を同定し、環境変化に伴うモジュールの構造・機能変化によって制御されるエンハンサー活性化機構を解明する。そして環境刺激が、「細胞分裂 ― エンハンサー制御軸」を介して細胞運命（質と機能）を決定するという新しい分子機構を提示する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
生活習慣病の予防と病態解明は大きな課題であり、その発症において脂肪細胞の機能破綻によるメカニズムが注目されている。脂肪組織では、過栄養環境では脂肪を蓄える白色脂肪細胞が、寒冷環境では脂肪を燃焼するベージュ脂肪細胞が誘導され、代謝制御に寄与する。細胞種特異的な遺伝子発現は、遺伝子座から離れたエンハンサーの状態によって制御される。エンハンサーの状態はヒストン修飾によって前準備、準備そして活性化状態に分けられる。本研究では、環境を感知し、エンハンサー状態をスイッチさせる分子を同定し、その機能的タンパク質複合体（モジュール）を介した時空間的な細胞運命決定機構を明らかにすることを目的とする。エンハンサーに特異的なヒストン修飾であるH3K4me1, H3K27acのChIP-seq解析を行い、ゲノムワイドなクロマチン相互作用データ（HiC）を参照し、脂肪細胞に特異的なエンハンサーを同定した。3T3-L1前駆脂肪細胞のデータベースから見出したヒストンメチル化酵素に着目し、脂肪細胞分化に及ぼす影響を解析した。ドメイン欠失体の解析から、ヒストンメチル化酵素活性ドメインを介さずに、エンハンサーの状態を制御し、脂肪細胞分化を抑制することを見出した。このヒストンメチル化酵素のプロテオミクス解析から、エンハンサー状態を制御する新規モジュール（転写コリプレッサー複合体）を同定した。この転写コリプレッサー複合体は、脂肪細胞特異的遺伝子（PpargとCebpa）のエンハンサーのヒストンアセチル化を抑制することを見出した。転写コリプレッサー複合体形成とエンハンサー状態は、ヒストンメチル化酵素に存在する特異的なドメインによって制御されることを明らかにした。
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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
概要で記載した項目(4)-(6)、(8)についての進捗は以下の通りであり、おおむね順調に進んでいる。(4) ヒストンメチル化酵素のChIP-seq解析を行い、脂肪細胞分化初期に脂肪細胞特異的遺伝子（PpargとCebpa）のエンハンサー上にヒストンメチル化酵素が局在することを見出した。(5) ヒストンメチル化酵素のタンパク質レベルは分化初期に上昇した後に消失する。細胞周期と同期してヒストンメチル化酵素をユビキチン化する候補分子としてプロテオミクス解析から同定したユビキチンリガーゼ複合体APC/C (anaphase-promoting complex/cyclosome)をノックダウンの上、シクロヘキシミドチェイス法でヒストンメチル化酵素タンパク質安定性を評価した。その結果、ヒストンメチル化酵素タンパク質の分解速度がAPC/Cのノックダウンで顕著に減少することを明らかにした。(6) ヒストンメチル化酵素強制発現細胞（機能促進型状態）においてChIP-seq解析を行ったところ、対照細胞に比しヒストン脱アセチル化酵素のリクルートは変わらないが、ヒストンアセチル化酵素のリクルートが阻止されることを見出し、ヒストンメチル化酵素で維持されるエンハンサーの低アセチル化準備状態が、アセチル化酵素のリクルート制限によることを見出した。(8) ヒストンメチル化酵素をRosa26遺伝子座に挿入して強制発現させたノックインマウスを作製し、通常食負荷、高脂肪食負荷時の体重増加を調べたところ、野生型マウスに比べて高脂肪食誘導性の体重増加が抑制されることを見出した。
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| Strategy for Future Research Activity |
前年度から継続して、転写コリプレッサー複合体によるエンハンサー状態の制御機構の解析、並びにマウスレベルでの解析を行う。
(7) アセチル化酵素のリクルートを阻害するヒストンメチル化酵素のドメインの同定と機能解析： NCoR/HDAC3-ヒストンメチル化酵素複合体形成に必要なドメインを欠いたヒストンメチル化酵素発現細胞で、ヒストンアセチル化酵素のエンハンサーへのリクルート制限が解除されるか、これに伴いヒストンアセチル化抑制が解除されるか解析する。(8) マウスへのヒストンメチル化酵素発現細胞移植実験や強制発現マウスの解析を継続し、個体レベルでの機能解析を進める。
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