心筋細胞分化における時期特異的クロマチンリモデリング制御に関する研究

• 研究領域: 多方向かつ段階的に進行する細胞分化における運命決定メカニズムの解明
• 研究課題/領域番号: 25118709
• 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: 東京大学
• 研究代表者: 油谷 浩幸 東京大学, 先端科学技術研究センター, 教授 (10202657)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 11,180千円 (直接経費: 8,600千円、間接経費: 2,580千円); 2014年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円); 2013年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円)
• キーワード: 細胞系譜 / エピゲノム / 分化

研究実績の概要

多能性細胞から心筋細胞への分化に伴う過程で、DNAメチル化、ヒストン修飾等のエピゲノム標識データに加えて、ヒドロキシメチル化シトシンの局在をhmeDIP-seq法によって調べたところ、時期特異的に増加する領域を同定した。先に得られたFAIRE陽性領域とも重なることが判明し、developmental enhancer領域においてDNA脱メチル化が生じていると考えられた。すなわち、転写因子が安定的に結合するためには、ヌクレオソームを除去し、脱DNAメチル化を行い、HATなどをリクルートしてdevelopmental enhancerを活性化することが明らかとなった。
さらに一細胞のトランスクリプトーム解析を各タイムポイントで実施した。トランスクリプトーム解析は1細胞を単離後、得られた全RNAからoligo(dT)プライマーを用いてSMARTer 法でcDNA合成を行い、トランスポゼースを用いてライブラリーを作成して次世代シーケンサーでRNA-seqを実施した。各データポイント内においての細胞毎の遺伝子発現の不均一性が示された一方で、それぞれの細胞を分化の時間軸に沿って配置することができ、β-cateninやBrachyury などの転写因子のChIP-seqデータから想定される遺伝子転写カスケードをよく反映していた。
すなわち、細胞分化のプロセスにおいてdevelopmental enhancerが転写因子により認識され、安定的に活性化されるためにはクロマチンリモデリング複合体やDNA脱メチル化関連酵素、ヒストンアセチル化酵素などをリクルートしていることをゲノムワイドに示した。

現在までの達成度 (段落)

26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

26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] A C-terminal mutant of CCAAT-enhancer-binding protein α (C/EBPα-C(m)) downregulates Csf1r, a potent accelerator in the progression of acute myeloid leukemia with C/EBPα-C(m). (2015)
  • 著者名/発表者名: Togami K, Kitaura J, Uchida T, Inoue D, Nishimura K, Kawabata KC, Nagase R, Horikawa S, Izawa K, Fukuyama T, Nakahara F, Oki T, Harada Y, Harada H, Aburatani H, Kitamura T.
  • 雑誌名: Exp Hematol. 巻: 43(4) 号: 4 ページ: 300-308
  • DOI: 10.1016/j.exphem.2014.11.011
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Genomewide comprehensive analysis reveals critical cooperation between smad and c-Fos in RANKL-induced osteoclastogenesis (2015)
  • 著者名/発表者名: Omata Y, Yasui T, Hirose J, Izawa N, Imai Y, Matsumoto T, Masuda H, Tokuyama N, Nakamura S, Tsutsumi S, Yasuda H, Okamoto K, Takayanagi H, Hikita A, Imamura T, Matsuo K, Saito T, Kadono Y, Aburatani H, Tanaka S
  • 雑誌名: J Bone Miner Res. 巻: 30 号: 5 ページ: 869
  • DOI: 10.1002/jbmr.2418
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Genome-wide approaches reveal functional vascular endothelial growth factor (VEGF)-inducible nuclear factor of activated T cells (NFAT) c1 binding to angiogenesis-related genes in endothelium. (2014)
  • 著者名/発表者名: Suehiro JI, Kanki Y, Makihara C, Schadler K, Miura M, Manabe Y, Aburatani H, Kodama T, Minami T
  • 雑誌名: J Biol Chem 巻: 289 号: 42 ページ: 29044-59
  • DOI: 10.1074/jbc.m114.555235
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Cross-enhancement of ANGPTL4 transcription by HIF1 alpha and PPAR beta/delta is the result of the conformational proximity of two response elements. (2014)
  • 著者名/発表者名: Inoue T, Kohro T, Tanaka T, Kanki Y, Li G, Poh HM, Mimura I, Kobayashi M, Taguchi A, Maejima T, Suehiro JI, Sugiyama A, Kaneki K, Aruga H, Dong S, Stevens JF, Yamamoto S, Tsutsumi S, Fujita T, Ruan X, Aburatani H, Nangaku M, Ruan Y, Kodama T, Wada Y.
  • 雑誌名: Genome Biology 巻: 15 号: 4
  • DOI: 10.1186/gb-2014-15-4-r63
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Genome-wide analysis of the chromatin composition of histone H2A and H3 variants in mouse embryonic stem cells. (2014)
  • 著者名/発表者名: Yukawa, M. et al.
  • 雑誌名: PLOS One 巻: 9 号: 3 ページ: e92689-e92689
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0092689
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A novel cell-cycle indicator, mVenus-p27K-, identifies quiescent cells and visualizes G0-G1 transition. (2014)
  • 著者名/発表者名: Oki, T., Nishimura, K., Kitaura, J., Togami, K., Maehara, A., Izawa, K., Sakaue-Sawano. A., Niida, A., Miyano, S., Aburatani, H., Kiyonari, H., Miyawaki, A. and Kitamura, T.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 4 号: 1 ページ: 4012-4012
  • DOI: 10.1038/srep04012
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] The miR-17/106-p38 axis is a key regulator of the neurogenic-to-gliogenic transition in developing neural stem/progenitor cells (2014)
  • 著者名/発表者名: Hayato Naka-Kanedaa, Shiho Nakamuraa, Mana Igarashi, Hisashi Aoid, Hiroaki K ankib, Jun Tsuyama, Shuichi Tsutsumie, Hiroyuki Aburatanie, Takuya Shimazakib, and Hideyuki Okano.
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences 巻: 111(4) 号: 4 ページ: 1604-1609
  • DOI: 10.1073/pnas.1315567111
  • 査読あり
• [雑誌論文] Noninvasive and quantitative live imaging reveals a potential stress-responsive enhancer in the failing heart. (2014)
  • 著者名/発表者名: Matsuoka K, Asano Y, Higo S, Tsukamoto O, Yan Y, Yamazaki S, Matsuzaki T, Kioka H, Kato H, Uno Y, Asakura M, Asanuma H, Minamino T, Aburatani H, Kitakaze M, Komuro I, Takashima S.
  • 雑誌名: FASEB J. 巻: 28(4) 号: 4 ページ: 1870-9
  • DOI: 10.1096/fj.13-245522
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] GATA factor switching from GATA2 to GATA1 contributes to erythroid differentiation (2013)
  • 著者名/発表者名: Suzuki M, Kobayashi-Osaki M, Tsutsumi S, Pan X, Ohmori S, Takai J, Moriguchi T, Ohneda O, Ohneda K, Shimizu R, Kanki Y, Kodama T, Aburatani H, Yamamoto M
  • 雑誌名: Genes Cells 巻: 18 号: 11 ページ: 921-933
  • DOI: 10.1111/gtc.12086
  • 査読あり
• [学会発表] Single cell transcriptome analysis reveals cellular heterogeneity and transcriptional networks in cardiomyocyte differentiation (2015)
  • 著者名/発表者名: 油谷浩幸
  • 学会等名: AGBT2015
  • 発表場所: Marco Island (USA)
  • 年月日: 2015-02-25 – 2015-02-28
• [学会発表] Coordinated chromatin regulation by developmental signals during cardiomyocyte differentiation (2015)
  • 著者名/発表者名: 油谷浩幸
  • 学会等名: Joint symposium on TGF-b family and cancer
  • 発表場所: Tukuba International Conference Center（茨城県、筑波市）
  • 年月日: 2015-01-13
  • 招待講演
• [学会発表] Cooperative epigenomic switch during cardiomyocyte differentiation (2014)
  • 著者名/発表者名: 油谷浩幸
  • 学会等名: Cold Spring Harbor Asia Conference on Systems Biology of gene regulation & genome editing
  • 発表場所: 蘇州（中国）
  • 年月日: 2014-09-09
  • 招待講演
• [学会発表] Cooperative epigenomic switch during cardiomyocyte differentiation (2014)
  • 著者名/発表者名: 油谷浩幸
  • 学会等名: 国立遺伝学研究所研究会
  • 発表場所: 国立遺伝学研究所（静岡県、三島市）
  • 年月日: 2014-06-27
  • 招待講演
• [学会発表] Chromatin remodeling in cardiomyocyte differentiation
  • 著者名/発表者名: 油谷浩幸
  • 学会等名: The Fukuoka International Symposium on Genomics & Epigenomics 2013
  • 発表場所: 福岡
  • 招待講演
• [学会発表] 心筋細胞分化における協調的エピゲノム転換
  • 著者名/発表者名: 油谷浩幸
  • 学会等名: 第36回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: 神戸
  • 招待講演
• [学会発表] Single cell RNA sequencing reveals transition of cell populations with epigenomic switch in cell fate determination along cardiomyocyte differentiation
  • 著者名/発表者名: 油谷浩幸
  • 学会等名: AGBT2014
  • 発表場所: Marco Island, Florida, USA
• [学会発表] Epigenomic Switch in Cardiomyocyte Differentiation
  • 著者名/発表者名: 油谷浩幸
  • 学会等名: 第７８回日本循環器学会学術総会
  • 発表場所: 東京
  • 招待講演
• [備考] 東京大学先端科学技術研究センターゲノムサイエンス分野
  • URL: http://www.genome.rcast.u-tokyo.ac.jp/
• [備考] 東京大学先端科学技術研究センター ゲノムサイエンス分野
  • URL: http://www.genome.rcast.u-tokyo.ac.jp/