高転写状態獲得を理解するためのエピゲノム・トランスクリプトーム解析技術の開発

• 研究領域: 配偶子インテグリティの構築
• 研究課題/領域番号: 19H05244
• 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: 生物系
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 大川 恭行 九州大学, 生体防御医学研究所, 教授 (80448430)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 13,780千円 (直接経費: 10,600千円、間接経費: 3,180千円); 2020年度: 6,890千円 (直接経費: 5,300千円、間接経費: 1,590千円); 2019年度: 6,890千円 (直接経費: 5,300千円、間接経費: 1,590千円)
• キーワード: 高転写状態 / 始原生殖細胞 / 細胞分化制御 / トランスクリプトーム / エピゲノム

研究開始時の研究の概要

幹細胞は通常の体細胞より全遺伝子の転写活性状態が極めて高いHypertranscription(高転写状態)にあることが知られている。中でも成熟卵母細胞、精原細胞の胚性前駆細胞である始原生殖細胞の解析は最も先駆的に行われている系の一つである。細胞分化制御機構の解明とその人為的な操作に向けて、従来の転写因子による遺伝子発現制御に加えて、新たに遺伝子発現の“量的”制御の解明が期待されている。本研究では、高転写状態の始原生殖細胞をモデル系として、高転写状態の意義や獲得メカニズムの解明のための新規技術開発を行う。

研究実績の概要

転写産物の絶対量測定の精度が増し、細胞分化において、ゲノムワイドに転写活性化状態が変化する発見や報告が相次いでいる。中でも古くから知られている未分化段階の細胞に認められるHypertranscription、高転写状態は、受精卵のZGA、造血幹細胞分化において特に解析されてきた。これら幹細胞状態の細胞では、ゲノム全体が遺伝子によらず須らく高転写状態になっており、分化の過程で、通常の転写状態に戻ることが明らかになっている。そこで、高転写状態の解明には、転写制御をクロマチン構造のレベルから理解することが不可欠である。すなわち、組織内で、同一の細胞内のクロマチン構造解析とトランスクリプトーム解析を“1細胞レベル”で同時に行う必要がある。そこで本研究では、生殖細胞及びその分化段階での転写絶対量測定とクロマチン構造解析を1細胞レベルで同時に行うことで、高転写状態の定量とクロマチン構造レベルの形成メカニズムの解明を目指した。具体的には、生殖細胞を含む固定化組織切片を用いて、mRNA量の絶対量と転写を制御するクロマチン構造状態（転写因子・クロマチン制御因子の結合、ヒストン修飾・バリアント置換、各活性化状態におけるRNA polymeraseIIのゲノム領域へのリクルート）を同時に測定する技術を開発した。本手法では、単一細胞レベルで転写量総量の測定とエピゲノムの解析を同時に行うことが可能であり論文投稿を進めている。また、高転写状態を解明するためには翻訳産物であるタンパク質の同時測定が欠かせない。そこで、これらエピゲノム、mRNAに加えてタンパク質を同時に測定する技術の開発を進め、合わせて論文投稿準備を進めている。

現在までの達成度 (段落)

令和2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2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] Genome-wide analysis of chromatin structure changes upon MyoD binding in proliferative myoblasts during the cell cycle (2021)
  • 著者名/発表者名: Wu Qianmei、Fujii Takeru、Harada Akihito、Tomimatsu Kosuke、Miyawaki-Kuwakado Atsuko、Fujita Masatoshi、Maehara Kazumitsu、Ohkawa Yasuyuki
  • 雑誌名: The Journal of Biochemistry 巻: - 号: 6 ページ: 653-661
  • DOI: 10.1093/jb/mvab001
  • NAID: 40022687719
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Transcription factor C/EBPβ induces genome-wide H3K27ac and upregulates gene expression during decidualization of human endometrial stromal cells (2021)
  • 著者名/発表者名: Tamura Isao、Maekawa Ryo、Jozaki Kosuke、Ohkawa Yasuyuki、Takagi Haruka、Doi-Tanaka Yumiko、Shirafuta Yuichiro、Mihara Yumiko、Taketani Toshiaki、Sato Shun、Tamura Hiroshi、Sugino Norihiro
  • 雑誌名: Molecular and Cellular Endocrinology 巻: 520 ページ: 111085-111085
  • DOI: 10.1016/j.mce.2020.111085
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Subnuclear gene positioning through lamina association affects copper tolerance (2020)
  • 著者名/発表者名: Sakamoto Yuki、Sato Mayuko、Sato Yoshikatsu、Harada Akihito、Suzuki Takamasa、Goto Chieko、Tamura Kentaro、Toyooka Kiminori、Kimura Hiroshi、Ohkawa Yasuyuki、Hara-Nishimura Ikuko、Takagi Shingo、Matsunaga Sachihiro
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 11 号: 1 ページ: 5914-5914
  • DOI: 10.1038/s41467-020-19621-z
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Direct reprogramming of human umbilical vein- and peripheral blood-derived endothelial cells into hepatic progenitor. (2020)
  • 著者名/発表者名: Hiroki Inada, Miyako Udono , Kanae Matsuda-Ito, Kenichi Horisawa, Yasuyuki Ohkawa, Shizuka Miura, Takeshi Goya, Junpei Yamamoto, Masao Nagasaki, Kazuko Ueno, Daisuke Saitou, Mikita Suyama, Yoshihiko Maehara, Wataru Kumamaru, Yoshihiro Ogawa, Sayaka Sekiya, Atsushi Suzuki.
  • 雑誌名: cellsNat Commun. 巻: 11 号: 1 ページ: 5292-5292
  • DOI: 10.1038/s41467-020-19041-z
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The role of galanin in the differentiation of mucosal mast cells in mice. (2020)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi T., Ikeda Y., Tashiro K., Ohkawa Y., Kawabata K.
  • 雑誌名: Eur. J. Immunol. 巻: 50 号: 1 ページ: 110-118
  • DOI: 10.1002/eji.201848061
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] TKIs induce alternative spliced BCR-ABLIns35bp variant via inhibition of RNA polymerase Ⅱ on genomic BCR-ABL. (2020)
  • 著者名/発表者名: Yuda J, Odawara J, Minami M, Muta T, Kohno K, Tanimoto K, Eto T, Shima T, Kikushige Y, Kato K, Takenaka K, Iwasaki H, Minami Y, Ohkawa Y, Akashi K, Miyamoto T.
  • 雑誌名: Cancer Sci 巻: 111 号: 7 ページ: 2361-2373
  • DOI: 10.1111/cas.14424
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The Dynamics of Transcriptional Activation by Hepatic Reprogramming Factors. (2020)
  • 著者名/発表者名: Kenichi Horisawa, Miyako Udono, Kazuko Ueno, Yasuyuki Ohkawa, Masao Nagasaki, Sayaka Sekiya, Atsushi Suzuki Chromatin integration labeling for mapping DNA-binding proteins and modifications with low input.
  • 雑誌名: Mol Cell. 巻: S1097-2765 号: 4 ページ: 30502-30505
  • DOI: 10.1016/j.molcel.2020.07.012
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Genome-wide kinetic properties of transcriptional bursting in mouse embryonic stem cells (2020)
  • 著者名/発表者名: Ochiai Hiroshi、Hayashi Tetsutaro、Umeda Mana、Yoshimura Mika、Harada Akihito、Shimizu Yukiko、Nakano Kenta、Saitoh Noriko、Liu Zhe、Yamamoto Takashi、Okamura Tadashi、Ohkawa Yasuyuki、Kimura Hiroshi、Nikaido Itoshi
  • 雑誌名: Science Advances 巻: 6 号: 25
  • DOI: 10.1126/sciadv.aaz6699
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Chromatin integration labeling for mapping DNA-binding proteins and modifications with low input. (2020)
  • 著者名/発表者名: Tetsuya Handa, Akihito Harada, Kazumitsu Maehara, Shoko Sato, Masaru Nakao, Naoki Goto, Hitoshi Kurumizaka, Yasuyuki Ohkawa, Hiroshi Kimura.
  • 雑誌名: Nat Protoc. 巻: 15 号: 10 ページ: 3334-3360
  • DOI: 10.1038/s41596-020-0375-8
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Genomic Profiling by ALaP-Seq Reveals Transcriptional Regulation by PML Bodies through DNMT3A Exclusion (2020)
  • 著者名/発表者名: Kurihara Misuzu、Kato Kagayaki、Sanbo Chiaki、Shigenobu Shuji、Ohkawa Yasuyuki、Fuchigami Takeshi、Miyanari Yusuke
  • 雑誌名: Molecular Cell 巻: 78 号: 3 ページ: 493-505
  • DOI: 10.1016/j.molcel.2020.04.004
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Chromatin-bound CRM1 recruits SET-Nup214 and NPM1c onto HOX clusters causing aberrant HOX expression in leukemia cells. (2019)
  • 著者名/発表者名: Oka M, Mura S, Otani M, Miyamoto Y, Nogami J, Maehara K, Harada A, Tachibana T, Yoneda Y, Ohkawa Y
  • 雑誌名: Elife 巻: 8
  • DOI: 10.7554/elife.46667
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Cell competition corrects noisy Wnt morphogen gradients to achieve robust patterning in the zebrafish embryo (2019)
  • 著者名/発表者名: Akieda Yuki、Ogamino Shohei、Furuie Hironobu、Ishitani Shizuka、Akiyoshi Ryutaro、Nogami Jumpei、Masuda Takamasa、Shimizu Nobuyuki、Ohkawa Yasuyuki、Ishitani Tohru
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 10 号: 1 ページ: 4710-4710
  • DOI: 10.1038/s41467-019-12609-4
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Sustained expression of HeyL is critical for the proliferation of muscle stem cells in overloaded muscle. (2019)
  • 著者名/発表者名: Fukuda S, Kaneshige A, Kaji T, Noguchi YT, Takemoto Y, Zhang L, Tsujikawa K, Kokubo H, Uezumi A, Maehara K, Harada A, Ohkawa Y, Fukada SI.
  • 雑誌名: eLife 巻: 8
  • DOI: 10.7554/elife.48284
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Calcineurin Broadly Regulates the Initiation of Skeletal Muscle-Specific Gene Expression by Binding Target Promoters and Facilitating the Interaction of the SWI/SNF Chromatin Remodeling Enzyme. (2019)
  • 著者名/発表者名: Witwicka H, Nogami J, Syed SA, Maehara K, Padilla-Benavides T, Ohkawa Y, Imbalzano AN
  • 雑誌名: Mol Cell Biol. 巻: 39 号: 19
  • DOI: 10.1128/mcb.00063-19
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The Eleanor ncRNAs activate the topological domain of the ESR1 locus to balance against apoptosis. (2019)
  • 著者名/発表者名: †Abdalla MOA, †Yamamoto T, Maehara K, Ohkawa Y, Miura H, Hiratani I, Nakayama H, Nakao M, *Saitoh N
  • 雑誌名: Nat Commun 巻: 10 号: 1 ページ: 3778-3778
  • DOI: 10.1038/s41467-019-11378-4
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Biochemical analysis of nucleosome targeting by Tn5 transposase (2019)
  • 著者名/発表者名: Sato S, Arimura Y, Kujirai T, Harada A, Maehara K, Nogami J, Ohkawa Y, Kurumizaka H.
  • 雑誌名: Open Biol. 巻: 9 号: 8 ページ: 190116-190116
  • DOI: 10.1098/rsob.190116
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Dmrt factors determine the positional information of cerebral cortical progenitors via differential suppression of homeobox genes. (2019)
  • 著者名/発表者名: Konno D, Kishida C, Maehara K, Ohkawa Y, Kiyonari H, Okada S, Matsuzaki F
  • 雑誌名: Development 巻: 146 号: 15 ページ: 174243-174243
  • DOI: 10.1242/dev.174243
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Anti-tumour effects of antimicrobial peptides, components of the innate immune system, against haematopoietic tumours in Drosophila mxc mutants. (2019)
  • 著者名/発表者名: Araki M, Kurihara M, Kinoshita S, Awane R, Sato T, Ohkawa Y, Inoue YH
  • 雑誌名: Dis Model Mech. 巻: 12 号: 6
  • DOI: 10.1242/dmm.037721
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Regulation of ectopic heterochromatin-mediated epigenetic diversification by the JmjC family protein Epe1. (2019)
  • 著者名/発表者名: Sorida M, Hirauchi T, Ishizaki H, Kaito W, Shimada A, Mori C, Chikashige Y, Hiraoka Y, Suzuki Y, Ohkawa Y, Kato H, Takahata S, Murakami Y
  • 雑誌名: PLoS Genet. 巻: 15
  • NAID: 120007002166
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] CLEC3A, MMP7, and LCN2 as Novel Markers for Predicting Recurrence in Resected G1 and G2 Pancreatic Neuroendocrine Tumors (2019)
  • 著者名/発表者名: Miki M, Oono T, Fujimori N, Takaoka T, Kawabe K, Miyasaka Y, Ohtsuka T, Saito D, Nakamura M, Ohkawa Y, Oda N, Suyama M, Ito T, Ogawa Y.
  • 雑誌名: Cancer Medicine 巻: in press 号: 8 ページ: 3748-3760
  • DOI: 10.1002/cam4.2232
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Macrophage centripetal migration drives spontaneous healing process after spinal cord injury (2019)
  • 著者名/発表者名: Kobayakawa K、Ohkawa Y、 Yoshizaki S、T、Saito T、Kijima Ken、Yokota K、Hara M、Kubota K、Matsumoto Y、Harimaya K、Ozato K、Masuda T、Tsuda M、Tamura T、Inoue K、Edgerton V. R、Iwamoto Y、Nakashima Y、Okada S
  • 雑誌名: Science Advances 巻: 5 号: 5
  • DOI: 10.1126/sciadv.aav5086
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] 骨格筋特異的なヒストンが構成するクロマチン構造の解明. (2021)
  • 著者名/発表者名: 大川恭行
  • 学会等名: 第8回骨格筋生物学会
• [学会発表] 単一細胞マルチオミクスに向けたクロマチン挿入標識法の開発. (2020)
  • 著者名/発表者名: 大川恭行
  • 学会等名: 第19回日本再生医療学会総会
  • 招待講演
• [学会発表] Chromatin integration labeling Technology for expanding multi-omics. (2020)
  • 著者名/発表者名: 大川恭行
  • 学会等名: 理研エピゲノム操作プロジェクトセミナー
  • 招待講演
• [学会発表] トランスクリプトミクスによる骨格筋細胞分化能の解明. (2020)
  • 著者名/発表者名: 大川恭行
  • 学会等名: 第19回日本再生医療学会総会
  • 招待講演
• [学会発表] クロマチンダイナミクスの理解に向けた同時マルチオミクスの開発. (2020)
  • 著者名/発表者名: 大川恭行
  • 学会等名: 第43回日本分子生物学会
  • 招待講演
• [学会発表] クロマチンダイナミクスの理解に向けた同時マルチオミクスの開発. (2020)
  • 著者名/発表者名: 大川恭行
  • 学会等名: 『配偶子インテグリティの構築』『全能性プログラム』合同公開シンポジウム
• [学会発表] 遺伝子の発現されやすさはどのように決まるのか？～クロマチンが規定する遺伝子発現制御能力～ (2019)
  • 著者名/発表者名: 大川恭行
  • 学会等名: 第42回日本分子生物学会年会
• [学会発表] Development of chromatin integration labeling technology for single cell multiomics (2019)
  • 著者名/発表者名: Yasuyuki Ohkawa
  • 学会等名: 第42回日本分子生物学会年会
• [学会発表] Spatial epigenomics approached by chromatin integration labeling technology (2019)
  • 著者名/発表者名: 大川恭行
  • 学会等名: Trans-Omics for Advanced Medical Sciences
• [学会発表] クロマチン挿入法による単一細胞エピゲノム解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 大川恭行
  • 学会等名: 日本人類遺伝学会第64回大会
• [学会発表] Chromatin integration labelling Technology for expanding multi-omics (2019)
  • 著者名/発表者名: Yasuyuki Ohkawa
  • 学会等名: EMBO Symposia: Multi-Omics
• [学会発表] Chromatin integration labelling technology for expanding multi-omics (2019)
  • 著者名/発表者名: 大川恭行
  • 学会等名: 第13回国際ゲノム会議
• [図書] 1細胞エピゲノム解析技術開発の最前線 (2021)
  • 著者名/発表者名: 大川 恭行,原田 哲仁,前原 一満
  • 総ページ数: 6
  • 出版者: 医歯薬出版株式会社 週刊医学のあゆみ
• [図書] scRNA-seqを用いた細胞系譜の軌跡推定-データの背後の流れを読み取る技術- (2020)
  • 著者名/発表者名: 前原一満, 大川恭行
  • 総ページ数: 8
  • 出版者: 羊土社 実験医学 増刊
• [図書] 骨格筋研究のための最先端解析技術. (2020)
  • 著者名/発表者名: 原田 哲仁，大川 恭行
  • 総ページ数: 7
  • 出版者: 羊土社 実験医学
• [図書] シングルセルでのエピゲノム情報の計測技術. (2020)
  • 著者名/発表者名: 原田 哲仁，大川 恭行
  • 総ページ数: 8
  • 出版者: 羊土社 実験医学
• [図書] 空間オミクス実現に向けたエピゲノム解析技術. (2020)
  • 著者名/発表者名: 小松 哲郎，大川 恭行
  • 総ページ数: 4
  • 出版者: ニューサイエンス社 月刊細胞
• [図書] 実験医学 (2019)
  • 著者名/発表者名: 原田 哲仁,大川 恭行
  • 総ページ数: 6
  • 出版者: 羊土社
• [産業財産権] 対象核酸の塩基配列を１細胞レベルで並列に検出する方法 (2020)
  • 発明者名: 大川 恭行、原田哲仁
  • 権利者名: 国立大学法人九州大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2020