染色体構造データベースを利用した転写制御のモデリング

• 研究領域: 染色体オーケストレーションシステム
• 研究課題/領域番号: 18H04710
• 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
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 朴 聖俊 東京大学, 医科学研究所, 特任講師 (40759411)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 7,540千円 (直接経費: 5,800千円、間接経費: 1,740千円); 2019年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円); 2018年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
• キーワード: 染色体高次構造 / 遺伝子転写モデル / バイオインフォマティクス

研究実績の概要

前年度に引き続き、ゲノム高次構造を介した遺伝子発現制御の数理モデル構築と評価を行って、染色体構造DBに整理・公開した。
これまでに、例えば、マウスのゴノサイト(Yamanaka et al. Dev. Cell, 2019) やB細胞リンパ腫 (Nagai et al. BMC Med Genomics, 2019)において、クロマチン動態と遺伝子転写に直接的な関係が存在することを確認した。そのうえ、遺伝子転写制御領域に物理的にコンタクトするゲノム領域は長距離DNAループ以外にも染色体間相互作用などのタイプがあり、これらによって高度に複雑な転写機構が機能していることがわかった。
そこで、開発した線形回帰モデルにおいて、転写因子結合部位とヒストン修飾情報をプロモータ領域に限らず、染色体内・間コンタクトからも抽出し、その多様な組み合わせを説明変数として遺伝子転写量をモデリングした。例えば、成熟ナイーブ B細胞と胚中心B細胞(GCB)のRNA-seq、６種類のヒストンChIP-seq、Hi-Cデータを用いて行うと、染色体内・間コンタクト由来の制御因子が遺伝子発現説明に顕著に寄与していた。特に、染色体間コンタクト由来のHomeobox 転写因子HOMEZが強力な転写活性因子として推定されるなどの実験的検証につながる結果が得られ、ゲノム高次構造機能の理解に一歩近づけた。本研究結果は国際会議発表が受理されていたが、新型コロナウイルス感染拡大防止のためにキャンセルされた。
ここで開発したDBを用いて共同研究を行った（Yamanaka et al. Dev. Cell, 2019; Takeda et al. Blood, 2020）。領域内連携として、宮成悠介先生（基生研）とは染色体構造制御因子のスクリーニングを（論文投稿中）、伊藤武彦先生（東工大）とは情報基盤の共同開発を行った。

現在までの達成度 (段落)

令和元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

令和元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] HHEX promotes myeloid transformation in cooperation with mutant ASXL1 (2020)
  • 著者名/発表者名: Reina Takeda, Shuhei Asada, Sung-Joon Park, Akihiko Yokoyama, Hans Becker, Akinori Kanai, Valeria Visconte, Courtney Hershberger, Yasutaka Hayashi, Taishi Yonezawa, Moe Tamura, Tsuyoshi Fukushima, Yosuke Tanaka, Tomofusa Fukuyama, Akiko Matsumoto, Satoshi Yamasaki, Kenta Nakai, Satoshi Yamazaki, Toshiya Inaba et al.
  • 雑誌名: Blood 巻: -
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Existence and possible roles of independent non-CpG methylation in mammalian brain (2020)
  • 著者名/発表者名: Lee Jong-Hun, Saito Yutaka, Park Sung-Joon, Nakai Kenta
  • 雑誌名: Research Square (preprint) 巻: -
  • DOI: 10.21203/rs.2.22195/v1
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Broad Heterochromatic Domains Open in Gonocyte Development Prior to De Novo DNA Methylation (2019)
  • 著者名/発表者名: Yamanaka Soichiro、Nishihara Hidenori、Toh Hidehiro、Eijy Nagai Luis Augusto、Hashimoto Kosuke、Park Sung-Joon、Shibuya Aoi、Suzuki Ana Maria、Tanaka Yujiro、Nakai Kenta、Carninci Piero、Sasaki Hiroyuki、Siomi Haruhiko
  • 雑誌名: Developmental Cell 巻: 51 号: 1 ページ: 21-34
  • DOI: 10.1016/j.devcel.2019.07.023
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Analyzing the 3D chromatin organization coordinating with gene expression regulation in B-cell lymphoma (2019)
  • 著者名/発表者名: Luis A. E. Nagai, Sung-Joon Park, and Kenta Nakai
  • 雑誌名: BMC Medical Genomics 巻: 11 号: S7 ページ: 127-127
  • DOI: 10.1186/s12920-018-0437-8
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Regression-based promoter modeling with local 3D chromatin structure (2019)
  • 著者名/発表者名: Sung-Joon Park
  • 学会等名: CHROMOSOME DYNAMICS (An international symposium on chromatin and chromosome stability)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 脂肪由来幹細胞の分化制御に働くエピジェネティック因子のin-silico同定 (2019)
  • 著者名/発表者名: 山谷 恭代, 朴 聖俊, 中井 謙太
  • 学会等名: 第8回生命医薬情報学連合大会（IIBMP2019）
• [学会発表] Analyzing the 3D Chromatin Organization Coordinating with Gene Expression Regulation in B-cell Lymphoma (2019)
  • 著者名/発表者名: Luis Augusto Eijy Nagai, Sung-Joon Park and Kenta Nakai
  • 学会等名: 第8回生命医薬情報学連合大会（IIBMP2019）
• [学会発表] マウス胎仔期生殖細胞におけるクロマチンリプログラミング (2019)
  • 著者名/発表者名: 山中 総一郎, 西原 秀典, 藤 英博, Luis Augusto Eijy Nagai, 橋本 浩介, 朴 聖俊, 渋谷 あおい, Ana Maria Suzuki, 田中 悠二郎, 中井 謙太, Piero Carninci, 佐々木 裕之, 塩見 春彦
  • 学会等名: 第21回日本RNA学会年会
• [学会発表] 脂肪由来幹細胞の運命決定と分化制御に関する時空間特異的ヒストン修飾のin-silico特定 (2019)
  • 著者名/発表者名: 山谷 恭代, 朴 聖俊, 中井 謙太
  • 学会等名: 第42回 日本分子生物学会年会
• [学会発表] Genome-wide chromatin structural analysis reveals inter-chromosomal translocations in B-cell lymphoma (2019)
  • 著者名/発表者名: Luis A.E. Nagai, Sung-Joon Park, Kenta Nakai
  • 学会等名: 第42回 日本分子生物学会年会
• [学会発表] Genome-wide chromatin structural analysis reveals inter-chromosomal translocations in B-cell lymphoma cell line (2019)
  • 著者名/発表者名: Luis AE Nagai, Sung-Joon Park and Kenta Nakai
  • 学会等名: The Biology of Genomes
  • 国際学会
• [学会発表] ゴノサイトでの新規DNAメチル化に付随して起こる多段階のクロマチンの緩み (2018)
  • 著者名/発表者名: 山中 総一郎, 西原 秀典, 藤 英博, 永井 映司, 橋本 浩介, 朴 聖俊, 渋谷 あおい, Ana Maria Suzuki, 田中 悠二郎, 中井 謙太, Piero Carninci, 佐々木 裕之, 塩見 春彦
  • 学会等名: 第41回日本分子生物学会年会
• [学会発表] Analyzing the 3D Chromatin Organization Coordinating with Gene Expression Regulation in B-cell Lymphoma (2018)
  • 著者名/発表者名: Luis A.E. Nagai, Sung-Joon Park and Kenta Nakai
  • 学会等名: The 17th International Conference On BioInformatics
  • 国際学会
• [学会発表] Three-Dimensional Chromatin Structures Coordinate with Gene Expression Levels and Reveals Inter-chromosomal Interactions in B-Cell Lymphoma (2018)
  • 著者名/発表者名: Luis A.E. Nagai, Sung-Joon Park and Kenta Nakai
  • 学会等名: 生命医薬情報学連合大会 (IIBMP2018)
• [学会発表] OpenLooper: A web-based platform for managing multi-layered NGS data (2018)
  • 著者名/発表者名: Sung-Joon Park and Kenta Nakai
  • 学会等名: 生命医薬情報学連合大会 (IIBMP2018)
• [学会発表] 脂肪由来幹細胞（Adipose-derived stem cell）の分化に関与するエピジェネティック因子の探索 (2018)
  • 著者名/発表者名: 山谷恭代, 朴聖俊, 中井謙太
  • 学会等名: 生命医薬情報学連合大会 (IIBMP2018)
• [学会発表] DNAヒドロキシメチル化とヒストンH4K8アセチル化によるヒト多能性幹細胞遺伝子発現変動 (2018)
  • 著者名/発表者名: 石川靖久, 朴聖俊, 中井謙太
  • 学会等名: 生命医薬情報学連合大会 (IIBMP2018)
• [備考] ChromOS
  • URL: https://chromos.hgc.jp/
• [備考] OpenLooper
  • URL: https://openlooper.hgc.jp/
• [備考] OpenLooper
  • URL: https://openlooper.hgc.jp/index.php