真の１細胞情報に基づく、クロマチンダイナミクスの正確な解明

• 研究課題/領域番号: 18H02374
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分43010:分子生物学関連
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 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): 2018-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 17,160千円 (直接経費: 13,200千円、間接経費: 3,960千円); 2020年度: 6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円); 2019年度: 6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円); 2018年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
• キーワード: クロマチン高次構造 / エピジェネティクス / １細胞解析 / Hi-C / RNA-seq / クロマチン / エピジェネティックス / エピジェネティッゥス

研究成果の概要

細胞のエピゲノム情報を調べる場合、従来は同種細胞を多く集めてその平均値を得ることが一般的であったが、近年の技術進歩により１細胞ごとの解析も可能になってきた。その結果、これまで均一と思われていた細胞集団が実は均一ではなく、マイナーな小集団が内在していたり動的変化が見出されたり、新知見が得られている。そのような１細胞エピゲノムデータを更に有効活用するには、単独のデータではなく同じ１細胞から複数のデータを同時取得して比較するのが望ましいが、その技術的ハードルは高かった。本研究ではクロマチン高次構造と細胞形質との関係を真の１細胞解像度で調べるため、両データを同じ１細胞から取得する新技術を開発した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

エピゲノム情報は細胞形質制御を通じ、多細胞生物個体内で細胞の多様性を支えている。複数の階層からなるクロマチン高次構造もエピゲノム情報の１種であり、やはり細胞形質の決定に関わるが、細胞形質が不変でもクロマチン高次構造は細胞周期進行と共に変化する。そのため、個体発生や腫瘍など増殖と形質変化が共存する場合、クロマチン高次構造が果たす役割はこれまで不明確であった。本研究で開発した新技術によって細胞周期進行の影響を排除しながらクロマチン高次構造の変化を１細胞ごとに調べることが可能となり、クロマチン高次構造を通じた細胞形質制御の全体像を、高次構造階層の枠を超えて明らかにできると期待される。

研究成果

• [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] Florida State University(米国)
• [国際共同研究] Institut Curie(フランス)
• [国際共同研究] Florida State University(米国)
• [国際共同研究] University of Birmingham/Babraham Institute(英国)
• [国際共同研究] Weizmann Institute(イスラエル)
• [国際共同研究] Babraham Institute(英国)
• [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 and Takashi Nagano
  • 雑誌名: Methods in Molecular Biology 巻: －
• [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] Genome organization and chromatin analysis identify transcriptional downregulation of insulin-like growth factor signaling as a hallmark of aging in developing B cells. (2018)
  • 著者名/発表者名: Koohy H, Bolland DJ, Matheson LS, Schoenfelder S, Stellato C, Dimond A, Varnai C, Chovanec P, Chessa T, Denizot J, Manzano Garcia R, Wingett SW, Freire-Pritchett P, Nagano T, Hawkins P, Stephens L, Elderkin S, Spivakov M, Fraser P, Corcoran AE, Varga-Weisz PD.
  • 雑誌名: Genome Biology 巻: 19 号: 1 ページ: 126-126
  • DOI: 10.1186/s13059-018-1489-y
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [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: 日本分子生物学会 第42回年会
  • 招待講演
• [学会発表] １細胞レベルで見直した分裂間期マウスES細胞のクロマチン高次構造 (2018)
  • 著者名/発表者名: 永野 隆
  • 学会等名: 第12回日本エピジェネティクス研究会年会
  • 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（分担執筆）
  • 総ページ数: 270
  • 出版者: 羊土社
  • ISBN: 9784758122481