ヌクレオソームスケールの現象を説明するスパースな情報表現単位の模索

• 研究領域: スパースモデリングの深化と高次元データ駆動科学の創成
• 研究課題/領域番号: 16H01550
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 複合領域
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 前原 一満 九州大学, 生体防御医学研究所, 助教 (90726431)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円); 2017年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円); 2016年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
• キーワード: ヌクレオソーム / スパースモデリング / 生体生命情報学 / エピジェネティクス / ハイパフォーマンス・コンピューティング

研究実績の概要

本研究では、生命科学研究を刷新するデータ駆動科学実践のモデルケースとして、データの大規模（高解像度・ハイスループット・多様）化がすすむエピゲノムデータを用いて、データから直接的にヌクレオソームレベルのスケールにおける生命現象を説明するモデルを抽出する方法論の確立を目指している。

本年度は、遺伝子発現に関わるヌクレオソームの性質を決定付ける要素について、多くの研究成果が得られた。我々が、2015年に発見した新規のヒストン亜種であるH3mm7は、不安定なヌクレオソームを形成することで、マウス骨格筋再生時の遺伝子発現を促進すること見出し、筆頭著者として論文発表を行った。共同研究においては、HeLa細胞を用いて、オーバーラッピングダイヌクレオソームとよばれる特殊な構造体（ヒストン14量体）が、遺伝子転写開始点直下に形成されることを明らかとした。また、試験管内にて再構成したアルブミン遺伝子エンハンサー領域のDNA上に形成されるヌクレオソーム配置の解析から、転写因子結合部位に対して特定のヌクレオソーム配置を形成することが明らかとなった。以上から、ヌクレオソームスケールの生命現象を解き明かすために必要な要素が徐々に明らかになりつつある。さらに、これらヌクレオソーム配置やヒストンの組成の変化と遺伝子発現の関係を明らかするため、少数細胞でエピゲノム情報を取得する技術（ChILT）を独自に開発し、論文投稿を行っている。

現在までの達成度 (段落)

29年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

29年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Histone H3.3 sub-variant H3mm7 is required for normal skeletal muscle regeneration (2018)
  • 著者名/発表者名: Harada Akihito、Maehara Kazumitsu、Ono Yusuke、Taguchi Hiroyuki、Yoshioka Kiyoshi、Kitajima Yasuo、Xie Yan、Sato Yuko、Iwasaki Takeshi、Nogami Jumpei、Okada Seiji、Komatsu Tetsuro、Semba Yuichiro、Takemoto Tatsuya、Kimura Hiroshi、Kurumizaka Hitoshi、Ohkawa Yasuyuki
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 9 号: 1 ページ: 1400-1400
  • DOI: 10.1038/s41467-018-03845-1
  • NAID: 120006949474
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Cryo-EM structure of the nucleosome containing the ALB1 enhancer DNA sequence (2018)
  • 著者名/発表者名: Takizawa Yoshimasa、Tanaka Hiroki、Machida Shinichi、Koyama Masako、Maehara Kazumitsu、Ohkawa Yasuyuki、Wade Paul A.、Wolf Matthias、Kurumizaka Hitoshi
  • 雑誌名: Open Biology 巻: 8 号: 3 ページ: 170255-170255
  • DOI: 10.1098/rsob.170255
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Sensitive detection of fluorescence in western blotting by merging images (2018)
  • 著者名/発表者名: Kondo Yukari、Higa Shinichiro、Iwasaki Takeshi、Matsumoto Tomoya、Maehara Kazumitsu、Harada Akihito、Baba Yoshihiro、Fujita Masatoshi、Ohkawa Yasuyuki
  • 雑誌名: PLOS ONE 巻: 13 号: 1 ページ: 0191532-0191532
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0191532
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The requirement of Mettl3-promoted MyoD mRNA maintenance in proliferative myoblasts for skeletal muscle differentiation (2017)
  • 著者名/発表者名: Kudou Kensuke、Komatsu Tetsuro、Nogami Jumpei、Maehara Kazumitsu、Harada Akihito、Saeki Hiroshi、Oki Eiji、Maehara Yoshihiko、Ohkawa Yasuyuki
  • 雑誌名: Open Biology 巻: 7 号: 9 ページ: 170119-170119
  • DOI: 10.1098/rsob.170119
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Chd2 regulates chromatin for proper gene expression toward differentiation in mouse embryonic stem cells (2017)
  • 著者名/発表者名: Semba Yuichiro、Harada Akihito、Maehara Kazumitsu、Oki Shinya、Meno Chikara、Ueda Jun、Yamagata Kazuo、Suzuki Atsushi、Onimaru Mitsuho、Nogami Jumpei、Okada Seiji、Akashi Koichi、Ohkawa Yasuyuki
  • 雑誌名: Nucleic Acids Research 巻: 45 号: 15 ページ: 8758-8772
  • DOI: 10.1093/nar/gkx475
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Crystal Structure and Characterization of Novel Human Histone H3 Variants, H3.6, H3.7, and H3.8 (2017)
  • 著者名/発表者名: Taguchi H, Xie Y, Horikoshi N, Maehara K, Harada A, Nogami J, Sato K, Arimura Y, Osakabe A, Kujirai T, Iwasaki T, Semba Y, Tachibana T, Kimura H, Ohkawa Y, Kurumizaka H.
  • 雑誌名: Biochemistry 巻: 56 号: 16 ページ: 2184-2196
  • DOI: 10.1021/acs.biochem.6b01098
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Thymine DNA glycosylase modulates the DNA damage response and gene expression by base excision repair-dependent and -independent mechanisms (2017)
  • 著者名/発表者名: Tomohumi Nakamura, Kouichi Murakami, Haruto Tada, Yoshihiko Uehara, Jumpei Nogami, Kazumitsu Maehara, Yasuyuki Ohkawa, Hisato Saitoh, Hideo Nishitani, Tetsuya Ono, Ryotaro Nishi, Masayuki Yokoi, Wataru Sakai, and Kaoru Sugasawa
  • 雑誌名: Genes to Cells 巻: 22 号: 4 ページ: 392-405
  • DOI: 10.1111/gtc.12481
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Crystal structure of the overlapping dinucleosome composed of hexasome and octasome (2017)
  • 著者名/発表者名: Daiki Kato, Akihisa Osakabe, Yasuhiro Arimura, Yuka Mizukami, Naoki Horikoshi, Kazumi Saikusa, Satoko Akashi, Yoshifumi Nishimura, Sam-Yong Park, Jumpei Nogami, Kazumitsu Maehara, Yasuyuki Ohkawa, Atsushi Matsumoto, Hidetoshi Kono, Rintaro Inoue, Masaaki Sugiyama, Hitoshi Kurumizaka
  • 雑誌名: Science 巻: 356 号: 6334 ページ: 205-208
  • DOI: 10.1126/science.aak9867
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Testis-Specific Histone Variant H3t Gene Is Essential for Entry into Spermatogenesis (2017)
  • 著者名/発表者名: Ueda J., Harada A., Urahama T., Machida S., Maehara K., Hada M., Makino Y., Nogami J., Horikoshi N., Osakabe A., Taguchi H., Tanaka H., Tachiwana H., Yao T., Yamada M., Iwamoto T., Isotani A., Ikawa M., Tachibana T., Okada Y., Kimura H., Ohkawa Y., Kurumizaka H., Yamagata K.
  • 雑誌名: Cell Reports 巻: 18(3) 号: 3 ページ: 593-600
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2016.12.065
  • NAID: 120006957416
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Identification of Immunoglobulin Gene Sequences from a Small Read Number of mRNA-Seq Using Hybridomas. (2016)
  • 著者名/発表者名: Kuniyoshi Y, Maehara K, Iwasaki T, Hayashi M, Semba Y, Fujita M, Sato Y, Kimura H, Harada A, Ohkawa Y.
  • 雑誌名: PLoS One 巻: 11 号: 10 ページ: e0165473-e0165473
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0165473
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Histone H4 lysine 20 acetylation is associated with gene repression in human cells. (2016)
  • 著者名/発表者名: Kaimori, J. Y., Maehara, K., Hayashi-Takanaka, Y., Harada, A., Fukuda, M., Yamamoto, S., Ichimaru, N., Umehara, T., Yokoyama, S., Matsuda, R., Ikura, T., Nagao, K., Obuse, C., Nozaki, N., Takahara, S., Takao, T., Ohkawa, Y., Kimura, H., and Isaka, Y.
  • 雑誌名: Sci Rep. 巻: 6 号: 1 ページ: 24318-24318
  • DOI: 10.1038/srep24318
  • NAID: 120005770760
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Chromatin architecture may dictate the target site for DMC1, but not for RAD51, during homologous pairing (2016)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi W., Takaku M., Machida S., Tachiwana H., Maehara K., Ohkawa Y. and Kurumizaka H
  • 雑誌名: Scientific reports 巻: 6 号: 1 ページ: 24428-24428
  • DOI: 10.1038/srep24228
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] ヒストンH3.3のサブバリアントH3mm7は正常な骨格筋再生に必要とされる (2017)
  • 著者名/発表者名: 前原 一満
  • 学会等名: 2017年度生命科学系学会合同年次大会
• [学会発表] Myogenic Chromatin Structure Is Formed with the Histone H3 Variant H3mm7 (2017)
  • 著者名/発表者名: Kazumitsu Maehara, Akihito harada, Jumpei Nogami, Yasuyuki Ohkawa
  • 学会等名: 第20回生医研リトリート2017
• [学会発表] ホッジ分解による擬似ライブ・シングルセルプロファイル追跡法 (2016)
  • 著者名/発表者名: 前原一満
  • 学会等名: 第39回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: パシフィコ横浜
• [備考] Ohkawa lab.（研究室HP）
  • URL: http://tx.bioreg.kyushu-u.ac.jp
• [備考] プレスリリース「筋肉の再生を促進させるスイッチの発見-筋肉の再生治療の応用に期待-」
  • URL: https://www.kyushu-u.ac.jp/ja/researches/view/235
• [備考] 研究室HP
  • URL: http://tx.bioreg.kyushu-u.ac.jp
• [産業財産権] 標的遺伝子の塩基配列を決定する方法 (2017)
  • 発明者名: 大川恭行、前原一満、木村宏、佐藤優子
  • 権利者名: 九州大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2017-03-16
  • 外国