1細胞エンハンサー解析法の確立による新たな機能性ゲノム学の開拓

• 研究課題/領域番号: 20K21407
• 研究種目: 挑戦的研究(萌芽)
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 中区分43:分子レベルから細胞レベルの生物学およびその関連分野
• 研究機関: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: 村川 泰裕 国立研究開発法人理化学研究所, 生命医科学研究センター, チームリーダー (50765469)
• 研究期間 (年度): 2020-07-30 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円); 2021年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円); 2020年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
• キーワード: エンハンサー / シングルセル解析 / 遺伝子発現制御 / ヒトゲノム解析 / 遺伝子発現ネットワーク / バイオインフォマティクス / ゲノムサイエンス / シングルセル / 機能性ゲノム学 / オミックス解析

研究開始時の研究の概要

エンハンサーは、非コーディング領域に存在し、極めて時空間特異的に活性化し、遠位から標的遺伝子の発現を強力に増強する。本研究では、１細胞レベルで各々の細胞のエンハンサー活性を解析できる画期的な新技術を確立する。さらに、病気のゲノム情報と統合した解析を行う基盤を構築し、従来の全ゲノム配列解析をより機能的な方向性に転換・発展させ、新たな機能性ゲノム学の潮流を生み出す。

研究成果の概要

エンハンサーは遺伝子の発現スイッチである。一細胞レベルでのエンハンサー解析を可能にするために、我々は新しいReapTEC法を確立した。このアプローチを約50万個のCD4陽性T細胞に適用することにより、同定された100種以上の細胞種における約7万個のエンハンサーの活性化状態をプロファイリングした。このエンハンサー活性マップを大規模なヒト遺伝学データと統合し、自己免疫疾患および感染症に関するDNA変異を系統的に解釈することに成功した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究では、１細胞レベルで各々の細胞のエンハンサー活性を解析できる画期的な新技術を確立した。将来的には、ヒトの全身の様々な細胞でのエンハンサーマップを高精細に作成するための基盤技術になりえる。病気SNPやがんゲノム変異の大部分はエンハンサー領域に存在するため、こうしたエンハンサーマップとヒトゲノム解析結果を統合していくことで、ヒトの病気の発症メカニズムの理解に大きく貢献することが期待される。また、これにより新しい治療標的やバイオマーカーが発見される可能性がある。

研究成果

• [国際共同研究] IFOM/Human Technopole(イタリア)
• [国際共同研究] カロリンスカ研究所(スウェーデン)
• [国際共同研究] ヘルシンキ大学(フィンランド)
• [雑誌論文] Expression of matrix metalloproteinase‐3 and ‐10 is up‐regulated in the periodontal tissues of aged mice (2022)
  • 著者名/発表者名: Kageyama Yoko、Nakamura Megumi、Igari Yohei、Yamaguchi Satoshi、Oguchi Akiko、Murakawa Yasuhiro、Hattori Yoshinori、Sasano Yasuyuki
  • 雑誌名: Journal of Periodontal Research 巻: - 号: 4 ページ: 733-741
  • DOI: 10.1111/jre.12996
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] DUX4 is a multifunctional factor priming human embryonic genome activation (2022)
  • 著者名/発表者名: Vuoristo Sanna、Bhagat Shruti、et al.
  • 雑誌名: iScience 巻: 25 号: 4 ページ: 104137-104137
  • DOI: 10.1016/j.isci.2022.104137
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Two ovarian candidate enhancers, identified by time series enhancer RNA analyses, harbor rare genetic variations identified in ovarian insufficiency (2022)
  • 著者名/発表者名: Nakagawa Ryuichi et al.
  • 雑誌名: Human Molecular Genetics 巻: - 号: 13 ページ: 2223-2235
  • DOI: 10.1093/hmg/ddac023
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] PAX6-positive microglia evolve locally in hiPSC-derived ocular organoids (2022)
  • 著者名/発表者名: Shiraki Nobuhiko、Maruyama Kazuichi、Hayashi Ryuhei、Oguchi Akiko、Murakawa Yasuhiro、Katayama Tomohiko、Takigawa Toru、Sakimoto Susumu、Quantock Andrew J.、Tsujikawa Motokazu、Nishida Kohji
  • 雑誌名: Stem Cell Reports 巻: 17 号: 2 ページ: 221-230
  • DOI: 10.1016/j.stemcr.2021.12.009
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] CD153/CD30 signaling promotes age-dependent tertiary lymphoid tissue expansion and kidney injury (2022)
  • 著者名/発表者名: Sato Yuki et al.
  • 雑誌名: Journal of Clinical Investigation 巻: 132 号: 2
  • DOI: 10.1172/jci146071
  • 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) and noncoding regulatory elements (2021)
  • 著者名/発表者名: Guerrini Matteo Maurizio、Oguchi Akiko、Suzuki Akari、Murakawa Yasuhiro
  • 雑誌名: Seminars in Immunopathology 巻: 44 号: 1 ページ: 127-136
  • DOI: 10.1007/s00281-021-00886-5
  • 査読あり
• [雑誌論文] Chromosomal-scale de novo genome assemblies of Cynomolgus Macaque and Common Marmoset (2021)
  • 著者名/発表者名: Jayakumar Vasanthan、Nishimura Osamu、Kadota Mitsutaka、Hirose Naoki、Sano Hiromi、Murakawa Yasuhiro、Yamamoto Yumiko、Nakaya Masataka、Tsukiyama Tomoyuki、Seita Yasunari、Nakamura Shinichiro、Kawai Jun、Sasaki Erika、Ema Masatsugu、Kuraku Shigehiro、Kawaji Hideya、Sakakibara Yasubumi
  • 雑誌名: Scientific Data 巻: 8 号: 1 ページ: 59-59
  • DOI: 10.1038/s41597-021-00935-6
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Intravital Imaging Identifies the VEGF?TXA2 Axis as a Critical Promoter of PGE2 Secretion from Tumor Cells and Immune Evasion (2021)
  • 著者名/発表者名: Konishi Yoshinobu、Ichise Hiroshi、Watabe Tetsuya、Oki Choji、Tsukiji Shinya、Hamazaki Yoko、Murakawa Yasuhiro、Takaori-Kondo Akifumi、Terai Kenta、Matsuda Michiyuki
  • 雑誌名: Cancer Research 巻: 81 号: 15 ページ: 4124-4132
  • DOI: 10.1158/0008-5472.can-20-4245
  • 査読あり
• [雑誌論文] The embryonic ontogeny of the gonadal somatic cells in mice and monkeys (2021)
  • 著者名/発表者名: Sasaki Kotaro、Oguchi Akiko、Cheng Keren、Murakawa Yasuhiro、Okamoto Ikuhiro、Ohta Hiroshi、Yabuta Yukihiro、Iwatani Chizuru、Tsuchiya Hideaki、Yamamoto Takuya、Seita Yasunari、Saitou Mitinori
  • 雑誌名: Cell Reports 巻: 35 号: 5 ページ: 109075-109075
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2021.109075
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Identification of candidate PAX2-regulated genes implicated in human kidney development (2021)
  • 著者名/発表者名: Yuta Yamamura, Kengo Furuichi, Yasuhiro Murakawa, Shigeki Hirabayashi, Masahito Yoshihara, Keisuke Sako, Shinji Kitajima, Tadashi Toyama, Yasunori Iwata, Norihiko Sakai, Kazuyoshi Hosomichi, Philip M Murphy, Atsushi Tajima, Keisuke Okita, Kenji Osafune, Shuichi Kaneko, Takashi Wada
  • 雑誌名: Scientific reports 巻: 11 号: 1 ページ: 9123-9123
  • DOI: 10.1038/s41598-021-88743-1
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] APOBEC3B is preferentially expressed at the G2/M phase of cell cycle (2021)
  • 著者名/発表者名: Hirabayashi Shigeki、Shirakawa Kotaro、Horisawa Yoshihito、Matsumoto Tadahiko、Matsui Hiroyuki、Yamazaki Hiroyuki、Sarca Anamaria Daniela、Kazuma Yasuhiro、Nomura Ryosuke、Konishi Yoshinobu、Takeuchi Suguru、Stanford Emani、Kawaji Hideya、Murakawa Yasuhiro、Takaori-Kondo Akifumi
  • 雑誌名: Biochemical and Biophysical Research Communications 巻: 546 ページ: 178-184
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2021.02.008
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] CAGE-Seq Reveals that HIV-1 Latent Infection Does Not Trigger Unique Cellular Responses in a Jurkat T Cell Model (2021)
  • 著者名/発表者名: Matsui Hiroyuki、Shirakawa Kotaro、Konishi Yoshinobu、Hirabayashi Shigeki、Sarca Anamaria Daniela、Fukuda Hirofumi、Nomura Ryosuke、Stanford Emani、Horisawa Yoshihito、Kazuma Yasuhiro、Matsumoto Tadahiko、Yamazaki Hiroyuki、Murakawa Yasuhiro、Battivelli Emilie、Verdin Eric、Koyanagi Yoshio、Takaori-Kondo Akifumi
  • 雑誌名: Journal of Virology 巻: 95 号: 8 ページ: 1-18
  • DOI: 10.1128/jvi.02394-20
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Significance of HMGA2 expression as independent poor prognostic marker in perihilar and distal cholangiocarcinoma resected with curative intent (2021)
  • 著者名/発表者名: Takahashi Tomoaki、Kawaji Hideya、Murakawa Yasuhiro、Hayashizaki Yoshihide、Murakami Takashi、Yabushita Yasuhiro、Homma Yuki、Kumamoto Takafumi、Matsuyama Ryusei、Endo Itaru
  • 雑誌名: European Journal of Surgical Oncology 巻: 47 号: 2 ページ: 394-400
  • DOI: 10.1016/j.ejso.2020.08.005
  • 査読あり
• [雑誌論文] CAGE-seq analysis of osteoblast derived from cleidocranial dysplasia human induced pluripotent stem cells (2020)
  • 著者名/発表者名: Ooki Akio、Onodera Shoko、Saito Akiko、Oguchi Akiko、Murakawa Yasuhiro、Sakamoto Teruo、Sueishi Kenji、Nishii Yasushi、Azuma Toshifumi
  • 雑誌名: Bone 巻: 141 ページ: 115582-115582
  • DOI: 10.1016/j.bone.2020.115582
  • 査読あり
• [学会発表] Functional characterization of human disease pathways using high-resolution chromatin contact maps (2021)
  • 著者名/発表者名: Yasuhiro Murakawa
  • 学会等名: Dovetail Epigenetics Summit
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Functional characterization of human disease pathways using high-resolution chromatin contact maps (2021)
  • 著者名/発表者名: Yasuhiro Murakawa
  • 学会等名: Immuno UK: In-Person
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] A compendium of active enhancers in human helper T cells to decode genetic architecture of immune-mediated diseases (2021)
  • 著者名/発表者名: Yasuhiro Murakawa
  • 学会等名: 5th RIKEN IMS-Stanford ISCBRM Joint Symposium
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] A new genomic and computational approach to study human genomic enhancers and its association with diseases (2021)
  • 著者名/発表者名: 村川泰裕
  • 学会等名: 1st International Symposium of CCII
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Identification of Transcriptional Regulators Using Novel Next-generation Sequencing Technology (2021)
  • 著者名/発表者名: 村川泰裕
  • 学会等名: 85th Annual Scientific Meeting of the Japanese Circulation Society
  • 招待講演
• [学会発表] Decoding functional DNA elements in the human genome (2021)
  • 著者名/発表者名: 村川泰裕
  • 学会等名: 1st ASHBi SignAC Workshop
  • 招待講演
• [学会発表] RNAの生死から俯瞰する遺伝⼦発現制御 (2021)
  • 著者名/発表者名: 村川泰裕
  • 学会等名: IPR – Seminar
  • 招待講演