網羅的 eRNA 発現解析による薬剤応答性エンハンサーの同定と機能解析

研究課題

研究課題/領域番号	23K06396
研究種目	基盤研究(C)
配分区分	基金
応募区分	一般
審査区分	小区分48040:医化学関連
研究機関	公益財団法人東京都医学総合研究所
研究代表者	齊藤紗希 (後藤紗希) 公益財団法人東京都医学総合研究所, ゲノム医学研究センター, 研究員 (60756609)
研究分担者	川路英哉公益財団法人東京都医学総合研究所, ゲノム医学研究センター, 副センター長 (20525406)
研究期間 (年度)	2023-04-01 – 2026-03-31
研究課題ステータス	交付 (2023年度)
配分額 *注記	4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円) 2025年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円) 2024年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円) 2023年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
キーワード	薬剤応答性エンハンサー / PXR / エンハンサーRNA / CAGE / UGT1A1 / enhancer RNA
研究開始時の研究の概要	医薬品の効果や副作用発現機序の理解は、予測・予防型の医薬品安全対策の基盤である。近年、疾患に関連する遺伝子多型 (SNP) がエンハンサーに多く存在することが示されており、薬剤性有害事象もエンハンサーの SNP が原因であることが示唆される。核内受容体 PXR は薬物代謝制御における重要性が知られているが、これまでに機能が明らかにされた標的エンハンサーは数少ない。本研究では、eRNA の網羅的かつ定量的な測定により、PXR 制御性の薬剤応答性エンハンサーを包括的に同定し、機能解析を実施する。さらに、薬剤反応性に影響を及ぼす遺伝子多型を見出し、医薬品の有効性・安全性評価系の構築に貢献する。
研究実績の概要	近年、疾患等と関連する遺伝子多型の多くが、遺伝子発現制御領域であるエンハンサーをはじめとしたノンコーディング領域に存在することが注目されている。薬剤応答性核内受容体 pregnane X receptor (PXR) は、薬物代謝制御における機能的重要性が示されているが、これまでに PXR の標的として機能が明らかにされたエンハンサーは数少ない。本研究では、ノンコーディング領域に存在する薬効や副作用の個人差の原因となる遺伝子多型を明らかにするために、PXR 制御性のエンハンサーの同定とその機能解析を試みた。はじめに、ヒト PXR を安定的に発現させたヒト肝癌由来 HepG2 細胞株を用いて、Cap Analysis of Gene Expression (CAGE) 法によりノンコーディング RNA のエンハンサー RNA を含む転写産物の開始末端に関する網羅的測定を実施し、薬剤応答性エンハンサーの候補領域を同定した。続いて、PXR の結合 DNA 領域を同定した ChIP-seq データ (PLoS Genet. 2014) およびゲノムワイド関連解析 (GWAS) との比較を通じて、疾患等の形質と関連性の高い PXR 制御性の領域を３９箇所同定した。この中で、薬物代謝酵素 UDP glucuronosyltransferase (UGT) 1A1 遺伝子近傍にある候補エンハンサー領域に焦点を当てて実験的検証を行った。その結果、２箇所の領域を UGT1A1 遺伝子の新規薬剤応答性エンハンサーとして同定し、さらに領域内に位置する遺伝子多型が転写活性に影響することを見出した。
現在までの達成度 (区分)	現在までの達成度 (区分) 1: 当初の計画以上に進展している理由培養細胞株において CAGE ライブラリの調製を成功させ、ChIP-seq データおよび GWASデータとの統合解析により、薬剤応答性の候補エンハンサーを３９箇所同定した。さらに、ゲノム編集により候補エンハンサーの欠損細胞株を樹立して機能解析を行い、UGT1A1 遺伝子の新規薬剤応答性エンハンサーを２箇所同定した。また、同定したエンハンサーに対するルシフェラーゼアッセイにより転写活性に影響を与える遺伝子多型を見出した。
今後の研究の推進方策	これまでに同定した疾患等の形質と関連性の高い PXR 制御性の３９箇所の領域について引き続き機能解析を実施する。具体的には、生体内ビタミンDのレベルに関係することが示された６箇所の領域について焦点を当てて、ゲノム編集およびルシフェラーゼレポーターアッセイによって機能解析を実施する。また、この領域に存在する遺伝子多型が転写活性に与える影響について検討を行う。