全能性獲得機構の解明のためのmulti-omics技術の開発

• 研究領域: 全能性プログラム：デコーディングからデザインへ
• 研究課題/領域番号: 20H05368
• 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: 原田 哲仁 九州大学, 生体防御医学研究所, 准教授 (60596823)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 中途終了 (2021年度)
• 配分額: 7,800千円 (直接経費: 6,000千円、間接経費: 1,800千円); 2021年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円); 2020年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
• キーワード: ChIL-Seq / エピジェネティクス / マルチオミクス

研究開始時の研究の概要

全能性の獲得には、様々なエピゲノム因子が関わると考えられるが、その全貌は明らかとなっていない。このような全能性因子の解析のためには、どの因子が協調して機能しているのかを分類するための同時性を担保した解析手法が必須である。そこで、本研究では同時性を担保するクロマチン構造解析と転写産物を同時に取得する技術multi-ChIL omicsの開発を目指す。本研究では、開発したmulti-ChIL omics技術の少数細胞での適用とハイスループット化を目標とし開発を進める。

研究実績の概要

哺乳動物において受精卵は、受精後に、精子および卵子由来のゲノム状態が初期化されることで全能性を獲得する。この全能性の獲得には、様々なエピゲノム因子が関わると考えられるが、その全貌は明らかとなっていない。このような全能性因子の解析のためには、どの因子が協調して機能しているのかを分類するための同時性を担保した解析手法が必須である。そこで、研究代表者はこの同時性を担保するためにクロマチン構造解析と転写産物を同時に取得する技術開発を目指す。具体的には、研究代表者らが最近開発した単一細胞レベルのエピゲノム解析手法であるChIL-seqを発展させた同時エピゲノム因子同定技術multi-ChILとmRNAseqを同一細胞内で行うmulti-ChIL omicsの開発を進める。前年度、本技術の基盤nの一つとなるmulti-ChIL法がある。multi-ChIL法は２種類以上のターゲットに対するゲノム位置情報を同一サンプルから取得する方法で、そのプロトコルを論文発表した。ChIL-seqの詳細なプロトコルおよび各工程における品質チェックについても、同時に公開した。今年度は、さらに単一細胞解析に向けたChIL-seqのハイスループット化を進め、ヒストン修飾およびRNAポリメラーゼIIのゲノム局在情報を可視化することに成功した。本手法は組織細胞由来のような非接着細胞にも適応可能であり、幅広く利用可能である。今後、トランスクリプトーム情報や複数抗体を同時に用いた場合の条件検討を進めていく。

現在までの達成度 (段落)

令和3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3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] Modeling population size independent tissue epigenomes by ChIL‐seq with single thin sections (2021)
  • 著者名/発表者名: Maehara Kazumitsu、Tomimatsu Kosuke、Harada Akihito、Tanaka Kaori、Sato Shoko、Fukuoka Megumi、Okada Seiji、Handa Tetsuya、Kurumizaka Hitoshi、Saitoh Noriko、Kimura Hiroshi、Ohkawa Yasuyuki
  • 雑誌名: Molecular Systems Biology 巻: 17 号: 11 ページ: 8934-8946
  • DOI: 10.15252/msb.202110323
  • 査読あり / オープンアクセス
• [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] Targeted inhibition of EPAS1-driven IL-31 production by a small-molecule compound. (2021)
  • 著者名/発表者名: Kamikaseda Y, Uruno T, Kunimura K, Harada A, Saiki K, Oisaki K, Sakata D, Nakahara T, Kido-Nakahara M, Kanai M, Nakamura S, Ohkawa Y, Furue M, Fukui Y.
  • 雑誌名: J Allergy Clin Immunol. 巻: 148 号: 2 ページ: 633-638
  • DOI: 10.1016/j.jaci.2021.03.029
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Transcriptome analysis of gene expression changes upon enzymatic dissociation in skeletal myoblasts. (2021)
  • 著者名/発表者名: Miyawaki-Kuwakado A, Wu Q, Harada A, Tomimatsu K, Fujii T, Maehara K, Ohkawa Y.
  • 雑誌名: Genes Cells. 巻: 26 号: 7 ページ: 530-540
  • DOI: 10.1111/gtc.12870
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] High-depth spatial transcriptome analysis by photo-isolation chemistry. (2021)
  • 著者名/発表者名: Honda M, Oki S, Kimura R, Harada A, Maehara K, Tanaka K, Meno C, Ohkawa Y.
  • 雑誌名: Nat Commun. 巻: 12 号: 1 ページ: 4416-4416
  • DOI: 10.1038/s41467-021-24691-8
  • NAID: 120007141968
  • 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] 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
• [学会発表] ChIL法による単一細胞マルチオミクスプロファイリング (2021)
  • 著者名/発表者名: 原田 哲仁, 藤井 健, 前原 一満, 田中 かおり, 木村 宏, 大川 恭行
  • 学会等名: 第44回日本分子生物学会
• [学会発表] Epigenomic lineage tracing toward the understanding acquisition of tissue-specific gene expression profile (2021)
  • 著者名/発表者名: 原田哲仁
  • 学会等名: ＩＭＳセミナー
  • 招待講演
• [学会発表] ChIL法による単一細胞エピゲノムプロファイリング. (2020)
  • 著者名/発表者名: 原田 哲仁, 前原 一満, 半田 哲也, 木村 宏 , 大川恭行
  • 学会等名: 第43回日本分子生物学会
• [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] 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
• [備考] 九州大学 トランスクリプトミクス分野ホームページ
  • URL: https://tx.bioreg.kyushu-u.ac.jp/