内在性レトロウイルスが駆動する遺伝子発現制御ネットワークの生理機能の解明

• 研究課題/領域番号: 20K15767
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分43050:ゲノム生物学関連
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 伊東 潤平 東京大学, 医科学研究所, 助教 (20835540)
• 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: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円); 2022年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2021年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2020年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
• キーワード: 遺伝子発現調節ネットワーク / トランスポゾン / 内在性レトロウイルス / 進化 / 遺伝子発現制御ネットワーク / 生殖細胞 / ヒト始原生殖細胞 / CRISPR/Cas9新規手法開発

研究開始時の研究の概要

内在性レトロウイルス (endogenous retrovirus; ERV) は自身の配列中に転写調節エレメントを含んでおり、近傍の遺伝子の発現に様々な影響を与える。申請者らは、公的データベースに蓄積したマルチオミクスデータの大規模な再解析から、多数のERVが神経・生殖系の細胞においてエンハンサーとして働いていることを明らかにし、さらにはこれらのERVが近傍に存在する遺伝子の発現を制御することで、上述の細胞の機能・分化に重要な役割を果たしている可能性を見出した。本研究課題の目的は、「ERVの駆動する遺伝子発現ネットワーク」の神経・生殖系細胞における生理機能を明らかにすることである。

研究成果の概要

生殖細胞の発生を司る遺伝子発現制御ネットワークは、哺乳類の進化過程において著しく多様化しており、進化の過程でfine-tuningされてきたことが示唆 される。本研究では、類人猿特異的なERVの一種であるLTR5_Hsが、始原生殖細胞における遺伝子発現制御ネットワークを改変した可能性を示した。LTR5_Hsは、iPS 細胞から樹立したヒトの始原生殖細胞においてエンハンサーとして活性化していた。さらに、種間比較トランスクリプトーム解析により、LTR5_Hsの挿入が、類人猿特異的なエンハンサーを創出することで始原生殖細胞における遺伝子発現制御ネットワークを改変した可能性が高いことが明らかとなった。

研究成果の学術的意義や社会的意義

生物の形質の進化は、遺伝子配列における変異だけでなく、遺伝子発現制御配列における変異により引き起こされることが知られている。本研究では、配列中に様々な転写調節エレメントを有し、遺伝子のプロモーターやエンハンサーとして働く内在性レトロウイルス（ERV）が、類人猿の進化過程においてゲノムの中で大量に増殖したことで、生殖細胞で働く遺伝子制御ネットワークが大きく書き換えられた可能性を示した。

研究成果

• [国際共同研究] ペンシルベニア大学(米国)
• [国際共同研究] ペンシルベニア大学(米国)
• [国際共同研究] ペンシルベニア大学(米国)
• [雑誌論文] A hominoid-specific endogenous retrovirus may have rewired the gene regulatory network shared between primordial germ cells and naive pluripotent cells (2022)
  • 著者名/発表者名: Ito Jumpei、Seita Yasunari、Kojima Shohei、Parrish Nicholas F.、Sasaki Kotaro、Sato Kei
  • 雑誌名: PLOS Genetics 巻: 18 号: 5 ページ: e1009846-e1009846
  • DOI: 10.1371/journal.pgen.1009846
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Attenuated fusogenicity and pathogenicity of SARS-CoV-2 Omicron variant (2022)
  • 著者名/発表者名: Suzuki Rigel、Yamasoba Daichi、Kimura Izumi、Wang Lei他
  • 雑誌名: Nature 巻: 603 号: 7902 ページ: 700-705
  • DOI: 10.1038/s41586-022-04462-1
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Enhanced fusogenicity and pathogenicity of SARS-CoV-2 Delta P681R mutation (2021)
  • 著者名/発表者名: Saito Akatsuki、Irie Takashi、Suzuki Rigel、Maemura Tadashi、Nasser Hesham、Uriu Keiya、Kosugi Yusuke、Other 43 authors、Tanaka Shinya、Nakagawa So、Ikeda Terumasa、Fukuhara Takasuke、Kawaoka Yoshihiro、Sato Kei、The Genotype to Phenotype Japan (G2P-Japan) Consortium
  • 雑誌名: Nature 巻: 602 号: 7896 ページ: 300-306
  • DOI: 10.1038/s41586-021-04266-9
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Clonality of HIV-1 and HTLV-1 infected cells in naturally coinfected individuals (2021)
  • 著者名/発表者名: Katsuya H, Cook L, Rowan AG, Melamed A, Turpin J, Ito J, Islam S, Miyazato P, Tan B, Matsuo M, Miyakawa T, Nakata H, Matsushita S, Taylor GP, Bangham CRM, Kimura S, Satou Y.
  • 雑誌名: The Journal of Infectious Diseases 巻: 0 号: 2 ページ: 0-0
  • DOI: 10.1093/infdis/jiab202
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Elucidation of the Complicated Scenario of Primate APOBEC3 Gene Evolution (2021)
  • 著者名/発表者名: Uriu Keiya、Kosugi Yusuke、Suzuki Narumi、Ito Jumpei、Sato Kei
  • 雑誌名: Journal of Virology 巻: 95 号: 12 ページ: 00-00
  • DOI: 10.1128/jvi.00144-21
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Comprehensive discovery of CRISPR-targeted terminally redundant sequences in the human gut metagenome: Viruses, plasmids, and more (2021)
  • 著者名/発表者名: Sugimoto Ryota、Nishimura Luca、Nguyen Phuong Thanh、Ito Jumpei、Parrish Nicholas F.、Mori Hiroshi、Kurokawa Ken、Nakaoka Hirofumi、Inoue Ituro
  • 雑誌名: PLOS Computational Biology 巻: 17 号: 10 ページ: e1009428-e1009428
  • DOI: 10.1371/journal.pcbi.1009428
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] SARS-CoV-2 spike L452R variant evades cellular immunity and increases infectivity (2021)
  • 著者名/発表者名: Motozono Chihiro、Toyoda Mako、Zahradnik Jiri、Saito Akatsuki、Other 19 authors、Ikeda Terumasa、Nakagawa So、Ueno Takamasa、Sato Kei
  • 雑誌名: Cell Host & Microbe 巻: 29 号: 7 ページ: 1124-1136
  • DOI: 10.1016/j.chom.2021.06.006
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A comprehensive investigation on the interplay between feline APOBEC3Z3 proteins and feline immunodeficiency virus Vif proteins. Journal of Virology. (2021)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Kosugi‡, Keiya Uriu‡, Narumi Suzuki‡, Keisuke Yamamoto‡, Shumpei Nagaoka‡, Izumi Kimura‡, Yoriyuki Konno‡, Hirofumi Aso‡, Brian J Willett, Tomoko Kobayashi, Yoshio Koyanagi, Mahoko Takahashi Ueda, Jumpei Ito and Kei Sato. ‡Equal contribution.
  • 雑誌名: Journal of Virology 巻: 00178-21 号: 13 ページ: 00-00
  • DOI: 10.1128/jvi.00178-21
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Virus-like insertions with sequence signatures similar to those of endogenous non-retroviral RNA viruses in the human genome. (2021)
  • 著者名/発表者名: Kojima S, Yoshikawa K, Ito J, Nakagawa S, Parrish NF, Horie M, Kawano S, Tomonaga K.
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 巻: 118 号: 5
  • DOI: 10.1073/pnas.2010758118
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The Battle between Retroviruses and APOBEC3 Genes: Its Past and Present (2021)
  • 著者名/発表者名: Uriu Keiya、Kosugi Yusuke、Ito Jumpei、Sato Kei
  • 雑誌名: Viruses 巻: 13 号: 1 ページ: 124-124
  • DOI: 10.3390/v13010124
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A tissue level atlas of the healthy human virome (2020)
  • 著者名/発表者名: Kumata Ryuichi、Ito Jumpei、Takahashi Kenta、Suzuki Tadaki、Sato Kei
  • 雑誌名: BMC Biology 巻: 18 号: 1 ページ: 1-15
  • DOI: 10.1186/s12915-020-00785-5
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Inherited chromosomally integrated HHV-6 possibly modulates human gene expression (2020)
  • 著者名/発表者名: Kumata Ryuichi、Ito Jumpei、Sato Kei
  • 雑誌名: Virus Genes 巻: 56 号: 3 ページ: 386-389
  • DOI: 10.1007/s11262-020-01745-5
  • 査読あり
• [雑誌論文] Multiomics Investigation Revealing the Characteristics of HIV-1-Infected Cells In?Vivo (2020)
  • 著者名/発表者名: Aso Hirofumi、Nagaoka Shumpei、Kawakami Eiryo、Ito Jumpei、Islam Saiful、Tan Benjy Jek Yang、Nakaoka Shinji、Ashizaki Koichi、Shiroguchi Katsuyuki、Suzuki Yutaka、Satou Yorifumi、Koyanagi Yoshio、Sato Kei
  • 雑誌名: Cell Reports 巻: 32 号: 2 ページ: 107887-107887
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2020.107887
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Phosphoregulation of a Conserved Herpesvirus Tegument Protein by a Virally Encoded Protein Kinase in Viral Pathogenicity and Potential Linkage between Its Evolution and Viral Phylogeny (2020)
  • 著者名/発表者名: Shibazaki Misato、Kato Akihisa、Takeshima Kosuke、Ito Jumpei、Suganami Mai、Koyanagi Naoto、Maruzuru Yuhei、Sato Kei、Kawaguchi Yasushi
  • 雑誌名: Journal of Virology 巻: 94 号: 18 ページ: 1-4
  • DOI: 10.1128/jvi.01055-20
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Endogenization and excision of human herpesvirus 6 in human genomes. (2020)
  • 著者名/発表者名: Xiaoxi Liu, Shunichi Kosugi, Rie Koide, Yoshiki Kawamura, Jumpei Ito, Hiroki Miura, Nana Matoba, Motomichi Matsuzaki , and other 14 authors
  • 雑誌名: PLOS Genetics 巻: 16 号: 8 ページ: 1008915-1008915
  • DOI: 10.1371/journal.pgen.1008915
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A role for gorilla APOBEC3G in shaping lentivirus evolution including transmission to humans (2020)
  • 著者名/発表者名: Nakano Yusuke、Yamamoto Keisuke、Ueda Mahoko Takahashi、Soper Andrew、Konno Yoriyuki、Kimura Izumi、Uriu Keiya、Kumata Ryuichi、Aso Hirofumi、Misawa Naoko、Nagaoka Shumpei、Shimizu Soma、Mitsumune Keito、Kosugi Yusuke、Juarez-Fernandez Guillermo、Ito Jumpei、...、Koyanagi Yoshio、Harris Reuben S.、Sato Kei
  • 雑誌名: PLOS Pathogens 巻: 16 号: 9 ページ: 1008812-1008812
  • DOI: 10.1371/journal.ppat.1008812
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Endogenous retroviruses drive KRAB zinc-finger protein family expression for tumor suppression (2020)
  • 著者名/発表者名: Ito Jumpei、Kimura Izumi、Soper Andrew、Coudray Alexandre、Koyanagi Yoshio、Nakaoka Hirofumi、Inoue Ituro、Turelli Priscilla、Trono Didier、Sato Kei
  • 雑誌名: Science Advances 巻: 6 号: 43 ページ: 3020-3020
  • DOI: 10.1126/sciadv.abc3020
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The significance of disseminated intravascular coagulation on multiple organ dysfunction during the early stage of acute respiratory distress syndrome (2020)
  • 著者名/発表者名: Gando S、Fujishima S、Saitoh D、Shiraishi A、Yamakawa K、Kushimoto S、Ogura H、Abe T、et al
  • 雑誌名: Thrombosis Research 巻: 191 号: 1 ページ: 15-21
  • DOI: 10.1093/qjmed/hcaa296
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Reconstitution of prospermatogonial specification in vitro from human induced pluripotent stem cells (2020)
  • 著者名/発表者名: Hwang Young Sun、Suzuki Shinnosuke、Seita Yasunari、Ito Jumpei、Sakata Yuka、Aso Hirofumi、Sato Kei、Hermann Brian P.、Sasaki Kotaro
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 11 号: 1 ページ: 5656-5656
  • DOI: 10.1038/s41467-020-19350-3
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] 内在性レトロウイルスが駆動した始原生殖細胞における遺伝子発現制御ネットワークの進化 (2022)
  • 著者名/発表者名: 伊東潤平
  • 学会等名: 日本レトロウイルス研究会
• [学会発表] トランスポゾンと多重遺伝子ファミリーの進化生態学 (2021)
  • 著者名/発表者名: 伊東潤平、佐藤佳
  • 学会等名: 日本遺伝学会第93回大会
  • 招待講演
• [学会発表] Coevolutionary dynamics of multigene families and transposable elements in vertebrates. (2021)
  • 著者名/発表者名: Jumpei Ito, Kei Sato
  • 学会等名: 5th Uppsala Transposon Symposium
  • 国際学会
• [学会発表] 多重遺伝子ファミリーとトランスポゾンの進化生態学 (2021)
  • 著者名/発表者名: 伊東潤平, 佐藤佳
  • 学会等名: 第44回日本分子生物学会年会
• [学会発表] 内在性レトロウイルスと抗レトロウイルス遺伝子ファミリー間に起こった進化的軍拡競争の描出 (2020)
  • 著者名/発表者名: 伊東潤平
  • 学会等名: 第92回日本遺伝学会, 紙面開催
  • 招待講演
• [学会発表] 内在性レトロウイルスの駆動する生命現象と生物進化 (2020)
  • 著者名/発表者名: 伊東潤平
  • 学会等名: 山口大学 微生物研究推進体 研究会
  • 招待講演
• [学会発表] データ駆動科学で乗り出すウイルス研究の新天地 (2020)
  • 著者名/発表者名: 伊東潤平
  • 学会等名: 2020年日本バイオインフォマティクス学会年会・第9回生命医薬情報学連合大会
  • 招待講演
• [学会発表] 公的シーケンスデータ解析のウイルス研究への応用可能性 (2020)
  • 著者名/発表者名: 伊東潤平
  • 学会等名: 第43回日本分子生物学会年会
• [学会発表] 腫瘍の遺伝子発現制御ネットワークを司る「ウイルス由来ジャンクDNA」の同定 (2020)
  • 著者名/発表者名: 伊東潤平
  • 学会等名: ウイルス学若手研究集会2020
• [学会発表] Endogenous retroviruses drive KRAB zinc-finger protein family expression for tumor suppression. (2020)
  • 著者名/発表者名: Jumpei Ito, Izumi Kimura, Kei Sato
  • 学会等名: Cold Spring Harbor Laboratory Meeting on Transposable Elements
  • 国際学会