複製サイクルにおけるエピゲノム情報と高次クロマチン構造との連携の解明

• 研究領域: 多様かつ堅牢な細胞形質を支える非ゲノム情報複製機構
• 研究課題/領域番号: 19H05744
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 生物系
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 油谷 浩幸 東京大学, 先端科学技術研究センター, 特任研究員 (10202657)
• 研究分担者: 永野 隆 大阪大学, 蛋白質研究所, 招へい教授 (70272854)
• 研究期間 (年度): 2019-06-28 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 157,820千円 (直接経費: 121,400千円、間接経費: 36,420千円); 2023年度: 26,260千円 (直接経費: 20,200千円、間接経費: 6,060千円); 2022年度: 33,670千円 (直接経費: 25,900千円、間接経費: 7,770千円); 2021年度: 25,220千円 (直接経費: 19,400千円、間接経費: 5,820千円); 2020年度: 33,670千円 (直接経費: 25,900千円、間接経費: 7,770千円); 2019年度: 39,000千円 (直接経費: 30,000千円、間接経費: 9,000千円)
• キーワード: エピゲノム / 一細胞解析 / 空間解析 / クロマチン / 一細胞 / クロマチン高次構造 / １細胞解析 / 高次クロマチン / 非ゲノム情報複製 / 細胞周期 / 非対称分裂

研究開始時の研究の概要

非ゲノム情報複製の制御の実態やメカニズムは、多様かつ堅牢な細胞形質を支えるメカニズムとして多細胞生物体を構成する分子基盤の最も重要なものである。細胞分裂を通じて表現型が維持されるためには正確な非ゲノム情報の複製が求められる。一方、幹細胞あるいは前駆細胞の細胞分裂は非対称分裂であるが、その制御機構はあまり理解されていない。本課題では下記の研究開発を行う。
１） 一細胞レベルのマルチオミクス解析による非ゲノム情報複製の解明
２） 高次クロマチンドメインと非ゲノム情報複製

研究成果の概要

エピゲノム維持の制御機構は、多様な細胞形質を生み出すことから、多細胞生物の形成における最も重要な分子基盤です。非対称分裂の解明は、生物を構成する多様な細胞を理解する上で重要です。遺伝子発現とクロマチン情報を同時に単一細胞レベルで収集することで、非対称分裂の制御機構に関与している可能性のある、細胞系譜特異的転写因子のアイソフォームスイッチを含む一連のエピジェネティックな変化を観察しました。双方向分化を示すがんオルガノイドと造血幹細胞を解析することで、細胞集団がエピジェネティックな違いを持つ多様な細胞で構成されていることを明らかにしました。

研究成果の学術的意義や社会的意義

生体は多様な細胞から構成されており、それぞれの細胞の違いは精緻なエピゲノム制御によって生み出されます。近年一細胞ごとにエピゲノム状態と遺伝子転写を同時に調べることが可能となり、さらには組織切片上で隣接する細胞との相互作用も検出できるようになりました。本研究では胎児形質を示すがん細胞や造血幹細胞を対象に解析を行い、異なる細胞が形成される制御メカニズムの解明を行いました。

研究成果

• [国際共同研究] Florida State University(米国)
• [国際共同研究] Florida State University(米国)
• [国際共同研究] ワイツマン科学研究所(イスラエル)
• [国際共同研究] バーミンガム大学(英国)
• [国際共同研究] Weizmann Institute(イスラエル)
• [国際共同研究] University of Birmingham(英国)
• [国際共同研究] Institut Curie(フランス)
• [国際共同研究] Florida State University/Jackson Laboratory for Genomic Medicine(米国)
• [雑誌論文] Mitochondrial biogenesis in white adipose tissue mediated by JMJD1A-PGC-1 axis limits age-related metabolic disease (2024)
  • 著者名/発表者名: Ito R, Xie S, Tumenjargal M, Sugahara Y, Yang C, Takahashi H, Arai M, Inoue SI, Uchida A, Nakano K, Choi H, Yang G, Zhao Y, Yamaguchi R, Jin H, Sagae H, Wada Y, Tanaka T, Kimura H, Kodama T, Aburatani H, Takeda K, Inagaki T, Osborne TF, Yoneshiro T, Matsumura Y, Sakai J.
  • 雑誌名: iScience 巻: 27(4) 号: 4 ページ: 109398-109398
  • DOI: 10.1016/j.isci.2024.109398
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Pooled CRISPR screening of high-content cellular phenotypes using ghost cytometry (2024)
  • 著者名/発表者名: Tsubouchi Asako、An Yuri、Kawamura Yoko、Yanagihashi Yuichi、Nakayama Hirofumi、Murata Yuri、Teranishi Kazuki、Ishiguro Soh、Aburatani Hiroyuki、Yachie Nozomu、Ota Sadao
  • 雑誌名: Cell Reports Methods 巻: 4 号: 3 ページ: 100737-100737
  • DOI: 10.1016/j.crmeth.2024.100737
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] NFIA in adipocytes reciprocally regulates mitochondrial and inflammatory gene program to improve glucose homeostasis (2023)
  • 著者名/発表者名: Hiraike Yuta、Saito Kaede、Oguchi Misato、Wada Takahito、Toda Gotaro、Tsutsumi Shuichi、Bando Kana、Sagawa Junji、Nagano Gaku、Ohno Haruya、Kubota Naoto、Kubota Tetsuya、Aburatani Hiroyuki、Kadowaki Takashi、Waki Hironori、Yanagimoto Shintaro、Yamauchi Toshimasa
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences 巻: 120 号: 31
  • DOI: 10.1073/pnas.2308750120
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] TEAD1 trapping by the Q353R?Lamin A/C causes dilated cardiomyopathy (2023)
  • 著者名/発表者名: Yamada S、et al.,
  • 雑誌名: Science Advances 巻: 9 号: 15 ページ: 1-1
  • DOI: 10.1126/sciadv.ade7047
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Multiancestry genomic and transcriptomic analysis of gastric cancer (2023)
  • 著者名/発表者名: Totoki Y, Saito-Adachi M, Shiraishi Y, Komura D, Nakamura H, Suzuki A, Tatsuno K, Rokutan H, Hama N, Yamamoto S, Ono H, Arai Y, Hosoda F, Katoh H, et al.
  • 雑誌名: Nature Genetics 巻: 55 号: 4 ページ: 581-594
  • DOI: 10.1038/s41588-023-01333-x
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Tandemly repeated genes promote RNAi-mediated heterochromatin formation via an antisilencing factor, Epe1, in fission yeast (2022)
  • 著者名/発表者名: Asanuma T, Inagaki S, Kakutani T, Aburatani H, Murakami Y
  • 雑誌名: Genes & Development 巻: 36 号: 21-24 ページ: 1145-1159
  • DOI: 10.1101/gad.350129.122
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] MYPT1-PP1β phosphatase negatively regulates both chromatin landscape and co-activator recruitment for beige adipogenesis (2022)
  • 著者名/発表者名: Takahashi H, Yang G, Yoneshiro T, Abe Y, Ito R, Yang C, et al.
  • 雑誌名: Nat Commun 巻: 13 号: 1 ページ: 5715-5715
  • DOI: 10.1038/s41467-022-33363-0
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] NFIA determines the cis-effect of genetic variation on Ucp1 expression in murine thermogenic adipocytes (2022)
  • 著者名/発表者名: Hiraike Y, Tsutsumi S, Wada T, Oguchi M, Saito K, Nakamura M, Ota S, Koebis M, Nakao H, Aiba A, Nagano G, Ohno H, Oki K, Yoneda M, Kadowaki T, Aburatani H, Waki H, Yamauchi T.
  • 雑誌名: iScience 巻: 25 号: 8 ページ: 104729-104729
  • DOI: 10.1016/j.isci.2022.104729
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Visualization of the dynamic interaction between nucleosomal histone H3K9 tri-methylation and HP1α chromodomain in living cells (2022)
  • 著者名/発表者名: Sasaki Kazuki、Suzuki Michihiro、Sonoda Takeshi、Schneider-Poetsch Tilman、Ito Akihiro、Takagi Motoki、Fujishiro Shinya、Sohtome Yoshihiro、Dodo Kosuke、Umehara Takashi、Aburatani Hiroyuki、Shin-ya Kazuo、Nakao Yoichi、Sodeoka Mikiko、Yoshida Minoru
  • 雑誌名: Cell Chemical Biology 巻: 29 号: 7 ページ: 1153-1161
  • DOI: 10.1016/j.chembiol.2022.05.006
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Bivalent-histone-marked immediate-early gene regulation is vital for VEGF-responsive angiogenesis (2022)
  • 著者名/発表者名: Kanki Yasuharu、Muramatsu Masashi、Miyamura Yuri、Kikuchi Kenta、Higashijima Yoshiki、Nakaki Ryo、Suehiro Jun-ichi、Sasaki Yuji、Kubota Yoshiaki、Koseki Haruhiko、Morioka Hiroshi、Kodama Tatsuhiko、Nakao Mitsuyoshi、Kurotaki Daisuke、Aburatani Hiroyuki、Minami Takashi
  • 雑誌名: Cell Reports 巻: 38 号: 6 ページ: 110332-110332
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2022.110332
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Spatiotemporal dynamics of SETD5-containing NCoR-HDAC3 complex determines enhancer activation for adipogenesis (2021)
  • 著者名/発表者名: Matsumura Y, Ito R, Yajima A, Yamaguchi R, Tanaka T, Kawamura T, Magoori K, Abe Y, Uchida A, Yoneshiro T, Hirakawa H, Zhang J, Arai M, Yang C, Yang G, Takahashi H, Fujihashi H, Nakaki R, Yamamoto S, Ota S, Tsutsumi S, Inoue SI, Kimura H, Wada Y, Kodama T, Inagaki T, Osborne TF, Aburatani H, Node K, Sakai J.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 12 号: 1 ページ: 7045-7045
  • DOI: 10.1038/s41467-021-27321-5
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Genetic and epigenetic basis of hepatoblastoma diversity (2021)
  • 著者名/発表者名: Nagae G, Yamamoto S, Fujita M, Fujita T, Nonaka A, Umeda T, Fukuda S, Tatsuno K, Maejima K, Hayashi A, Kurihara S, Kojima M, Hishiki T, Watanabe K, Ida K, Yano M, Hiyama Y, Tanaka Y, Inoue T, Ueda H, Nakagawa H, Aburatani H, Hiyama E.
  • 雑誌名: Nat Commun. 巻: 12 号: 1 ページ: 5423-5423
  • DOI: 10.1038/s41467-021-25430-9
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Ubiquitination-dependent and -independent repression of target genes by SETDB1 reveal a context-dependent role for its methyltransferase activity during adipogenesis (2021)
  • 著者名/発表者名: Zhang J, Matsumura Y, Kano Y, Yoshida A, Kawamura T, Hirakawa H, Inagaki T, Tanaka T, Kimura H, Yanagi S, Fukami K, Doi T, Osborne TF, Kodama T, Aburatani H, Sakai J.
  • 雑誌名: Genes Cells 巻: 26 号: 7 ページ: 513-529
  • DOI: 10.1111/gtc.12868
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] TET1 upregulation drives cancer cell growth through aberrant enhancer hydroxymethylation of HMGA2 in hepatocellular carcinoma. (2021)
  • 著者名/発表者名: Shirai K, Nagae G, Seki M, Kudo Y, Kamio A, Hayashi A, Okabe A, Ota S, Tsutsumi S, Fujita T, Yamamoto S, Nakaki R, Kanki Y, Osawa T, Midorikawa Y, Tateishi K, Ichinose M, Aburatani H.
  • 雑誌名: Cancer Sci. 巻: 112 号: 7 ページ: 2855-2869
  • DOI: 10.1111/cas.14897
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Trib1 promotes acute myeloid leukemia progression by modulating the transcriptional programs of Hoxa9 (2021)
  • 著者名/発表者名: Yoshino Seiko、Yokoyama Takashi、Sunami Yoshitaka、Takahara Tomoko、Nakamura Aya、Yamazaki Yukari、Tsutsumi Shuichi、Aburatani Hiroyuki、Nakamura Takuro
  • 雑誌名: Blood 巻: 137 号: 1 ページ: 75-88
  • DOI: 10.1182/blood.2019004586
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] High-throughput preparation of improved single-cell Hi-C libraries using an automated liquid handling system. (2021)
  • 著者名/発表者名: Wing Leung & Takashi Nagano
  • 雑誌名: Methods in Molecular Biology 巻: -
• [雑誌論文] Lysine demethylase 7a regulates murine anterior-posterior development by modulating the transcription of Hox gene cluster (2020)
  • 著者名/発表者名: Higashijima Yoshiki、Nagai Nao、Yamamoto Masamichi、Kitazawa Taro、Kawamura Yumiko K.、Taguchi Akashi、Nakada Natsuko、Nangaku Masaomi、Furukawa Tetsushi、Aburatani Hiroyuki、Kurihara Hiroki、Wada Youichiro、Kanki Yasuharu
  • 雑誌名: Communications Biology 巻: 3 号: 1 ページ: 725-725
  • DOI: 10.1038/s42003-020-01456-5
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] NFIA differentially controls adipogenic and myogenic gene program through distinct pathways to ensure brown and beige adipocyte differentiation (2020)
  • 著者名/発表者名: Hiraike Yuta、Waki Hironori、Miyake Kana、Wada Takahito、Oguchi Misato、Saito Kaede、Tsutsumi Shuichi、Aburatani Hiroyuki、Yamauchi Toshimasa、Kadowaki Takashi
  • 雑誌名: PLOS Genetics 巻: 16 号: 9 ページ: e1009044-e1009044
  • DOI: 10.1371/journal.pgen.1009044
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Two distinct modes of DNMT1 recruitment ensure stable maintenance DNA methylation (2020)
  • 著者名/発表者名: A. Nishiyama, C. Mulholland, S. Bultmann, S. Kori, A. Endo, Y. Saeki, W. Qin, C. Trummer, Y. Chiba, H. Yokoyama, S. Kumamoto, T. Kawakami, H. Hojo, G. Nagae, H. Aburatani, K. Tanaka, K. Arita, H. Leonhardt, M. Nakanishi
  • 雑誌名: Nat. Commun. 巻: 11 号: 1 ページ: 1222-1222
  • DOI: 10.1038/s41467-020-15006-4
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Coordinated demethylation of H3K9 and H3K27 is required for rapid inflammatory responses of endothelial cells (2020)
  • 著者名/発表者名: Higashijima Y, Matsui Y, Shimamura T, Nakaki R, Nagai N, Tsutsumi S, Abe Y, Link VM, Osaka M, Yoshida M, Watanabe R, Tanaka T, Taguchi A, Miura M, Ruan X, Li G, Inoue T, Nangaku M, Kimura H, Furukawa T, Aburatani H, Wada Y, Ruan Y, Glass CK, Kanki Y
  • 雑誌名: The EMBO Journal 巻: 39 号: 7 ページ: 1-1
  • DOI: 10.15252/embj.2019103949
  • NAID: 120006902140
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Parental-to-embryo switch of chromosome organization in early embryogenesis (2020)
  • 著者名/発表者名: Collombet Samuel、Ranisavljevic Noemie、Nagano Takashi、Varnai Csilla、Shisode Tarak、Leung Wing、Piolot Tristan、Galupa Rafael、Borensztein Maud、Servant Nicolas、Fraser Peter、Ancelin Katia、Heard Edith
  • 雑誌名: Nature 巻: 580 号: 7801 ページ: 142-146
  • DOI: 10.1038/s41586-020-2125-z
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Comprehensive epigenome characterization reveals diverse transcriptional regulation across human vascular endothelial cells (2019)
  • 著者名/発表者名: Nakato R, Wada Y, Nakaki R, Nagae G, Katou Y, Tsutsumi S, Nakajima N, Fukuhara H, Iguchi A, Kohro T, Kanki Y, Saito Y, Kobayashi M, Izumi-Taguchi A, Osato N, Tatsuno K, Kamio A, Hayashi-Takanaka Y, Wada H, Ohta S, Aikawa M, Nakajima H, Nakamura M, McGee RC, Heppner KW, Kawakatsu T, Genno M, Yanase H, Kume H, et al.
  • 雑誌名: Epigenetics & Chromatin 巻: 12 号: 1 ページ: 77-77
  • DOI: 10.1186/s13072-019-0319-0
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Organoid-based ex vivo reconstitution of Kras-driven pancreatic ductal carcinogenesis (2019)
  • 著者名/発表者名: Matsuura Tetsuya、Maru Yoshiaki、Izumiya Masashi、Hoshi Daisuke、Kato Shingo、Ochiai Masako、Hori Mika、Yamamoto Shogo、Tatsuno Kenji、Imai Toshio、Aburatani Hiroyuki、Nakajima Atsushi、Hippo Yoshitaka
  • 雑誌名: Carcinogenesis 巻: - 号: 4 ページ: 1-12
  • DOI: 10.1093/carcin/bgz122
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Epigenetic heterogeneity in cancer (2023)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Aburatani
  • 学会等名: The 41st Sapporo International Cancer Symposium
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] The convergence:technology, data and epigenetic research (2022)
  • 著者名/発表者名: 油谷浩幸
  • 学会等名: 第15回日本エピジェネティクス研究会
  • 招待講演
• [学会発表] Epigenetic heterogeneity in cancer (2022)
  • 著者名/発表者名: 油谷浩幸
  • 学会等名: 第81回日本癌学会総会
• [学会発表] Genetic and Epigenetic Basis of Pediatric Liver Tumors (2022)
  • 著者名/発表者名: 油谷浩幸
  • 学会等名: 国際がん研究シンポジウム2022
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Epigenetic heterogeneity of cancer (2021)
  • 著者名/発表者名: 油谷浩幸
  • 学会等名: 第80回日本癌学会総会
  • 招待講演
• [学会発表] Epigenetic heterogeneity of cancer (2021)
  • 著者名/発表者名: 油谷浩幸
  • 学会等名: The 44th Annual Meeting of the Molecular Biology Society of Japan
  • 招待講演
• [学会発表] Genetic and Epigenetic Basis of Pediatric Liver Tumors (2021)
  • 著者名/発表者名: 油谷浩幸
  • 学会等名: APASL (Asian Pacific Association for the Study of the Liver) Oncology 2021 in Tokyo
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Epigenetic heterogeneity of cancer (2020)
  • 著者名/発表者名: 油谷浩幸
  • 学会等名: 第79回日本癌学会学術総会
• [学会発表] Epigenetic heterogeneity (2020)
  • 著者名/発表者名: 油谷浩幸
  • 学会等名: 第43回日本分子生物学会年会
• [学会発表] Liver cancer and Wnt signaling (2019)
  • 著者名/発表者名: 油谷浩幸
  • 学会等名: The 38th Sapporo International Cancer Symposium
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Epigenetic heterogeneity of AFP-producing gastric cancer. (2019)
  • 著者名/発表者名: 油谷浩幸
  • 学会等名: 78th Annual meeting of the Japanese Cancer Association
  • 招待講演
• [学会発表] Integrated genomic analysis of hepatoblastoma (2019)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Aburatani
  • 学会等名: EMBL Workshop on Cancer Genomics
  • 国際学会
• [学会発表] Epigenetic heterogeneity of Hepatic Lineage tumor (2019)
  • 著者名/発表者名: 油谷浩幸
  • 学会等名: The 50th Commemorative International Symposium of The Princess Takamatsu Cancer Research Fund
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 統合ゲノム解析による肝腫瘍進展メカニズムの解明 (2019)
  • 著者名/発表者名: 油谷浩幸
  • 学会等名: 第42回日本分子生物学会年会
• [学会発表] クロマチンの高次構造ダイナミクスと複製周期 (2019)
  • 著者名/発表者名: 永野隆
  • 学会等名: 第42回日本分子生物学会 年会
  • 招待講演
• [図書] クロマチン解析実践プロトコール (2020)
  • 著者名/発表者名: 永野隆
  • 総ページ数: 270
  • 出版者: 羊土社
  • ISBN: 9784758122481
• [備考] Genome Science & Medicine Laboratory
  • URL: https://www.genome.rcast.u-tokyo.ac.jp/en/
• [備考] 東京大学先端科学技術研究センター ゲノムサイエンス＆メディシン分野
  • URL: https://www.genome.rcast.u-tokyo.ac.jp/
• [備考] 東京大学先端科学技術研究センター ゲノムサイエンス分野
  • URL: https://www.genome.rcast.u-tokyo.ac.jp/
• [備考] 東京大学先端科学技術研究センターゲノムサイエンス分野
  • URL: https://www.genome.rcast.u-tokyo.ac.jp/