一細胞CRISPRスクリーニング法を駆使した機能的GWAS-SNP検出法の確立

• 研究課題/領域番号: 21K19589
• 研究種目: 挑戦的研究(萌芽)
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 中区分57:口腔科学およびその関連分野
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 北條 宏徳 東京大学, 大学院医学系研究科(医学部), 准教授 (80788422)
• 研究分担者: 岡田 寛之 東京大学, 大学院医学系研究科(医学部), 助教 (10883481) ; 大庭 伸介 大阪大学, 大学院歯学研究科, 教授 (20466733) ; 関 真秀 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 特任准教授 (90749326)
• 研究期間 (年度): 2021-07-09 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023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); 2023年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円); 2022年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円); 2021年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
• キーワード: エンハンサー / １細胞解析 / CRISPR / GWAS / CRISPRスクリーニング / 一細胞解析 / SNP / 一細胞CRISPRスクリーニング

研究開始時の研究の概要

近年、人の遺伝病や癌を対象としたゲノムワイド関連解析（Genome Wide Association Study；GWAS）が活発に行われ、疾患との関連が示唆される一塩基多型（SNP）のビックデータが蓄積しつつあります。一方で、推測された候補SNPの生物学的な検証のためには、時間と労力を要するバイオアッセイが必要であり、GWAS-SNP解析全体の大きなボトルネックとなっています。本研究では、ゲノム編集と一細胞RNA-seqを統合することで、機能的なSNPを効率よく選別する新規手法の開発を行います。

研究成果の概要

本研究では、ゲノム編集と一細胞RNA-seqを統合したエンハンサースクリーニング法を用いて、ゲノムワイド関連解析（GWAS）データから表現型に寄与するSNP近傍のエンハンサー領域を効率的に選別する手法の開発を行った。骨疾患との関連が疑われるSNP近傍のエンハンサーに着目し、エンハンサースクリーニングを行った結果、有望なエンハンサーとしてOBEnhを同定した。OBEnhはin vitroにおいて、骨芽細胞の分化とともに活性が亢進し、マウスにおいて骨組織特異的に転写活性を示した。以上より骨疾患と関連する可能性があるエンハンサーを同定した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

近年、人の遺伝病や生活習慣病を対象としたゲノムワイド関連解析（Genome Wide Association Study；GWAS）が活発に行われ、疾患との関連が示唆される一塩基多型（SNP）のビックデータが蓄積している。そこで本研究では、これら疾患と関連するSNP（GWAS-SNP）が集積しているエンハンサー領域に着目し、疾患と関連する機能的なエンハンサー領域を効率よく選別する手法の開発に取り組んだ。その結果、骨疾患と関連する可能性があるエンハンサー領域を得た。今後、本研究結果を基盤に、さらなる大規模解析を行うことで、骨疾患と関連のあるエンハンサー群を包括的に解析することが期待される。

研究成果

• [雑誌論文] Stem cell-based modeling and single-cell multiomics reveal gene-regulatory mechanisms underlying human skeletal development (2023)
  • 著者名/発表者名: Tani Shoichiro, Okada Hiroyuki, Onodera Shoko, Chijimatsu Ryota, Seki Masahide, Suzuki Yutaka, Xin Xiaonan, Rowe David W., Saito Taku, Tanaka Sakae, Chung Ung-il, Ohba Shinsuke, Hojo Hironori
  • 雑誌名: Cell Reports 巻: 42 号: 4 ページ: 112276-112276
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2023.112276
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Runt-related Transcription Factors and Gene Regulatory Mechanisms in Skeletal Development and Diseases (2023)
  • 著者名/発表者名: Hojo Hironori、Ohba Shinsuke
  • 雑誌名: Current Osteoporosis Reports 巻: 21 号: 5 ページ: 485-492
  • DOI: 10.1007/s11914-023-00808-4
  • 査読あり
• [雑誌論文] Modeling of intramembranous ossification using human pluripotent stem cell-derived paraxial mesoderm derivatives. (2023)
  • 著者名/発表者名: Ikeda Y., Tani S., Moriishi T., Kuroda A., Matsuo Y., Saeki N., Inui-Yamamoto C., Abe M., Maeda T., Rowe DW., Chung UI., Hojo H., Matsushita Y., Sawase T., Ohba S.
  • 雑誌名: Regenerative Therapy 巻: 24 ページ: 536-546
  • DOI: 10.1016/j.reth.2023.09.017
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Single-cell RNA sequencing unravels heterogeneity of skeletal progenitors and cell-cell interactions underlying the bone repair process (2022)
  • 著者名/発表者名: Nakayama Mika、Okada Hiroyuki、Seki Masahide、Suzuki Yutaka、Chung Ung-il、Ohba Shinsuke、Hojo Hironori
  • 雑誌名: Regenerative Therapy 巻: 21 ページ: 9-18
  • DOI: 10.1016/j.reth.2022.05.001
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Runx2 regulates chromatin accessibility to direct the osteoblast program at neonatal stages (2022)
  • 著者名/発表者名: Hojo Hironori, Saito Taku, He Xinjun, Guo Qiuyu, Onodera Shoko, Azuma Toshifumi, Koebis Michinori, Nakao Kazuki, Aiba Atsu, Seki Masahide, Suzuki Yutaka, Okada Hiroyuki, Tanaka Sakae, Chung Ung-il, McMahon Andrew P., Ohba Shinsuke
  • 雑誌名: Cell Reports 巻: 40 号: 10 ページ: 111315-111315
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2022.111315
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Involvement of activator protein-1 family members in β-catenin and p300 association on the genome of PANC-1 cells (2022)
  • 著者名/発表者名: Doi Tomomitsu、Hojo Hironori、Ohba Shinsuke、Obayashi Kunie、Endo Motoyoshi、Ishizaki Toshimasa、Katoh Akira、Kouji Hiroyuki
  • 雑誌名: Heliyon 巻: 8 号: 2 ページ: e08890-e08890
  • DOI: 10.1016/j.heliyon.2022.e08890
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A neomorphic variant in SP7 alters sequence specificity and causes a high-turnover bone disorder (2022)
  • 著者名/発表者名: Lui Julian C.、Raimann Adalbert、Hojo Hironori、Dong Lijin、Roschger Paul、Kikani Bijal、Wintergerst Uwe、Fratzl-Zelman Nadja、Jee Youn Hee、Haeusler Gabriele、Baron Jeffrey
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 13 号: 1 ページ: 700-700
  • DOI: 10.1038/s41467-022-28318-4
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Control of osteocyte dendrite formation by Sp7 and its target gene osteocrin (2021)
  • 著者名/発表者名: Wang JS, Kamath T, Mazur CM, Mirzamohammadi F, Rotter D, Hojo H, Castro CD, Tokavanich N, Patel R, Govea N, Enishi T, Wu Y, da Silva Martins J, Bruce M, Brooks DJ, Bouxsein ML, Tokarz D, Lin CP, Abdul A, Macosko EZ, Fiscaletti M, Munns CF, Ryder P, Kost-Alimova M, Byrne P, Cimini B, Fujiwara M, Kronenberg HM, Wein MN.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 12 号: 1 ページ: 6271-6271
  • DOI: 10.1038/s41467-021-26571-7
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Induction and expansion of human PRRX1+ limb-bud-like mesenchymal cells from pluripotent stem cells (2021)
  • 著者名/発表者名: Yamada Daisuke、Nakamura Masahiro、Takao Tomoka、Takihira Shota、Yoshida Aki、Kawai Shunsuke、Miura Akihiro、Ming Lu、Yoshitomi Hiroyuki、Gozu Mai、Okamoto Kumi、Hojo Hironori、Kusaka Naoyuki、Iwai Ryosuke、Nakata Eiji、Ozaki Toshifumi、Toguchida Junya、Takarada Takeshi
  • 雑誌名: Nature Biomedical Engineering 巻: 5 号: 8 ページ: 926-940
  • DOI: 10.1038/s41551-021-00778-x
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mesenchymal stromal cells in the bone marrow niche consist of multi-populations with distinct transcriptional and epigenetic properties (2021)
  • 著者名/発表者名: Kanazawa Sanshiro、Okada Hiroyuki、Hojo Hironori、Ohba Shinsuke、Iwata Junichi、Komura Makoto、Hikita Atsuhiko、Hoshi Kazuto
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 11 号: 1 ページ: 15811-15811
  • DOI: 10.1038/s41598-021-94186-5
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Injectable phase-separated tetra-armed polyethylene glycol (PEG) hydrogel scaffold allows sustained release of signaling factors to enhance the repair of cranial bone defects (2023)
  • 著者名/発表者名: Shant Nepal, Jinyan Si, Shohei Ishikawa, Hiroyuki Okada, Shinsuke Ohba, Ung-il Chung, Takamasa Sakai, Hironori Hojo
  • 学会等名: ASBMR 2023
  • 国際学会
• [学会発表] "Gene regulatory networks underlying human endochondral bone formation " (2022)
  • 著者名/発表者名: Shoichiro Tani, Hiroyuki Okada, Taku Saito, Sakae Tanaka, Ung-il Chung, Hironori Hojo and Shinsuke Ohba
  • 学会等名: ICORS 2022
  • 国際学会
• [学会発表] Understanding a mechanism underlying bone repair process and application for bone regeneration (2021)
  • 著者名/発表者名: Hironori Hojo
  • 学会等名: SICEM 2021
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 骨格形成における遺伝子制御ランドスケープの解明 (2021)
  • 著者名/発表者名: 北條宏徳
  • 学会等名: 17th Meeting of Bone Biology Forum
  • 招待講演