ゲノムDNA転写開始活性の数理的構造を用いた制御領域リバースエンジニアリング

• 研究課題/領域番号: 16H02902
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 生命・健康・医療情報学
• 研究機関: 公益財団法人東京都医学総合研究所 (2019-2020); 国立研究開発法人理化学研究所 (2016-2018)
• 研究代表者: 川路 英哉 公益財団法人東京都医学総合研究所, ゲノム医学研究センター, 副センター長 (20525406)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 17,030千円 (直接経費: 13,100千円、間接経費: 3,930千円); 2020年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円); 2019年度: 5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円); 2018年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円); 2017年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円); 2016年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
• キーワード: 転写制御 / 転写開始点 / プロモーター / エンハンサー / トランスクリプトーム / 転写開始活性 / プロモータ / エピジェネティクス / ゲノミクス / transcriptome / TSS / promoter / enhancer / epigenetics / nucleosome / enahncer

研究成果の概要

塩基対単位での転写開始活性データから転写を近位・遠位より制御する非コードゲノム領域（プロモーター、エンハンサー）を予測する技術の改良を実施した。転写開始活性データ、ヌクレオソーム構造やヒストン修飾をはじめとする多階層のゲノム機能データを統合的に可視化する技術を開発した上で、転写の方向性(片側方向、両側方向)、様式(発散性、収斂性)を中心とした解析を実施し、主に様式を中心とした数理モデルを構築した。これに基づく予測技術を開発し、精度・感度共にそのゲノム位置に関わらず高い感度を達成した結果、これまでに見過ごされてきた転写制御領域までも同定することができた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

転写制御領域は多くの場合、複数のエピジェネティック測定結果の組み合わせ（オープンクロマチン領域、ヒストン修飾など）によって同定されることが一般的であるが、本研究で取り組んでいるのは、転写開始活性という単一のデータセットからこれを同定する手法である。臨床研究などへ展開していく際には試料が限定されることから、数少ない測定で多くの情報が得られることが望ましい。本手法はそのような応用においても、高精度・高感度の転写制御領域同定に道を開くものである。

研究成果

• [国際共同研究] Karolinska Institute(スウェーデン)
• [雑誌論文] FANTOM enters 20th year: expansion of transcriptomic atlases and functional annotation of non-coding RNAs (2020)
  • 著者名/発表者名: Abugessaisa Imad et al.
  • 雑誌名: Nucleic Acids Research 巻: 49 号: D1 ページ: D892-D898
  • DOI: 10.1093/nar/gkaa1054
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Cap Analysis of Gene Expression (CAGE): A Quantitative and Genome-Wide Assay of Transcription Start Sites (2020)
  • 著者名/発表者名: Morioka Masaki Suimye、Kawaji Hideya、Nishiyori-Sueki Hiromi、Murata Mitsuyoshi、Kojima-Ishiyama Miki、Carninci Piero、Itoh Masayoshi
  • 雑誌名: Methods Mol Biol 巻: 1 ページ: 277-301
  • DOI: 10.1007/978-1-0716-0327-7_20
  • ISBN: 9781071603260, 9781071603277
  • 査読あり
• [雑誌論文] Update of the FANTOM web resource: expansion to provide additional transcriptome atlases (2019)
  • 著者名/発表者名: Lizio Marina、Abugessaisa Imad、Noguchi Shuhei、Kondo Atsushi、Hasegawa Akira、Hon Chung Chau、de Hoon Michiel、Severin Jessica、Oki Shinya、Hayashizaki Yoshihide、Carninci Piero、Kasukawa Takeya、Kawaji Hideya
  • 雑誌名: Nucleic Acids Research 巻: 47 号: D1 ページ: D752-D758
  • DOI: 10.1093/nar/gky1099
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] refTSS: A Reference Data Set for Human and Mouse Transcription Start Sites (2019)
  • 著者名/発表者名: Abugessaisa Imad、Noguchi Shuhei、Hasegawa Akira、Kondo Atsushi、Kawaji Hideya、Carninci Piero、Kasukawa Takeya
  • 雑誌名: Journal of Molecular Biology 巻: 431 号: 13 ページ: 2407-2422
  • DOI: 10.1016/j.jmb.2019.04.045
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] NET-CAGE characterizes the dynamics and topology of human transcribed cis-regulatory elements (2019)
  • 著者名/発表者名: Hirabayashi Shigeki、Bhagat Shruti、Matsuki Yu、Takegami Yujiro、Uehata Takuya、Kanemaru Ai、Itoh Masayoshi、Shirakawa Kotaro、Takaori-Kondo Akifumi、Takeuchi Osamu、Carninci Piero、Katayama Shintaro、Hayashizaki Yoshihide、Kere Juha、Kawaji Hideya、Murakawa Yasuhiro
  • 雑誌名: Nature Genetics 巻: 51 号: 9 ページ: 1369-1379
  • DOI: 10.1038/s41588-019-0485-9
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] dirHub: a trackHub configurator with directory structure projection (2018)
  • 著者名/発表者名: Hideya Kawaji
  • 雑誌名: bioRxiv 巻: May ページ: 4-4
  • DOI: 10.1101/314807
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Update of the FANTOM web resource: high resolution transcriptome of diverse cell types in mammals. (2017)
  • 著者名/発表者名: Lizio M et al.
  • 雑誌名: Nucleic Acids Research 巻: 45 号: D1 ページ: D737-D743
  • DOI: 10.1093/nar/gkw995
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [学会発表] dirHub: a trackHub configurator with directory structure projection (2018)
  • 著者名/発表者名: Hideya Kawaji
  • 学会等名: Biology of Genome
  • 国際学会
• [学会発表] 5' nascent RNA profiling of cis-regulatory elements (2018)
  • 著者名/発表者名: Shruti Bhagat
  • 学会等名: Takeda Symposium
  • 国際学会
• [学会発表] 転写開始イベントの高精度・高解像度プロファイルが 明らかにするタンパク質非コード領域とその複雑な制御 (2017)
  • 著者名/発表者名: 川路英哉
  • 学会等名: 京都大学ウイルス・再生医科学研究所第3回生命情報研究会
  • 招待講演
• [学会発表] Precise annotation of TSS peaks uncovering complexity in state-dependent activation of transcription initiation (2016)
  • 著者名/発表者名: Kawaji H.
  • 学会等名: Genome Informatics
  • 発表場所: Cambridge, UK
  • 年月日: 2016-09-19
  • 国際学会
• [学会発表] “dogma (model)” conscious and agnostic data sharing (2016)
  • 著者名/発表者名: Kawaji H.
  • 学会等名: Biohackathon 2016 Symposium
  • 発表場所: Yamagata, Japan
  • 国際学会
• [学会発表] Precise annotation of TSS peaks uncovering complexity in state-dependent activation of transcription initiation (2016)
  • 著者名/発表者名: Kawaji H.
  • 学会等名: Study Sessions on Bioinformatics and Related Topics (at IFReC, Osaka Univ.)
  • 発表場所: Osaka, Japan
  • 招待講演