シングルセル多重エピゲノム解析

• 研究課題/領域番号: 20H03243
• 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43060:システムゲノム科学関連
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 三浦 史仁 九州大学, 医学研究院, 准教授 (50447348)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 17,680千円 (直接経費: 13,600千円、間接経費: 4,080千円); 2022年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円); 2021年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円); 2020年度: 7,540千円 (直接経費: 5,800千円、間接経費: 1,740千円)
• キーワード: DNAメチル化 / エピジェネティクス / ヒストン翻訳後修飾 / 次世代シークエンサー / マルチオミクス解析 / メチル基転移酵素 / エピゲノム / シークエンシング / ライブラリー調製 / DNAメチル基転移酵素 / メチローム / エンコーディング / シングルセル解析

研究開始時の研究の概要

単一細胞を対象としたオーミクス解析が進展し、複数のデータセットを同一の細胞から取得することが可能になってきた。しかし、多種多様な解析対象があるエピゲノム解析においては、複数のデータセットを同時に取得することは未だに困難である。そこで本研究はメチローム解析技術をエピゲノム解析のための共通プラットフォームとして用い、複数のエピゲノム情報を単一細胞から同時に取得する手法を実現する。特定の分子やその翻訳後修飾状態を認識して近傍の特定のDNA配列に対してメチル基を導入する人工分子を作成することで、DNAに対してDNAメチル化としてエピゲム情報を記録する技術を確立する。

研究成果の概要

DNAメチル化フットプリンティングを用いたエピゲノムの多重検出を目的とした研究を進めた。まず、多重化検出達成のため、複数のメチル基転移酵素（MTase）を開発した。また、SpyTag-SpyCatcherシステムを採用し、エピゲノムに結合するタンパク質とMTaseを容易に共有結合で連結する技術を確立した。また、メチル化導入操作を実現する上で必要不可欠なホルマリン固定に対応し、固定された組織から高品質なDNAを高効率に回収する技術の開発を行った。さらには、標的エピゲノムを抗原に免疫した動物からB細胞を回収し、これからナチュラルペアのまま重軽鎖を連結したまま回収する技術の開発も進めた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

エピゲノムによるゲノムの発現制御にはさまざまな層の分子が関与しており、それぞれの連関が重要であると認識されている。しかし、一つのクロマチン分子上の複数層のエピゲノムがどのように配置されているのかをゲノム規模に分析するため手法は現時点では確立されていない。本研究ではDNAメチル化フットプリンティングを基盤として、認識配列の重ならない複数のメチル基転移酵素を用いて、同時に複数のエピゲノムを計測するためのユニークな技術開発を行ってきた。この技術が完成すれば、複数層のエピゲノムを関連付けてより深くゲノムの発現制御を理解することが可能になるだろうと考えられる。