複製サイクルにおけるエピゲノム情報と高次クロマチン構造との連携の解明

2022 年度 実績報告書

• 研究領域: 多様かつ堅牢な細胞形質を支える非ゲノム情報複製機構
• 研究課題/領域番号: 19H05744
• 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, 特任研究員 (10202657)
• 研究期間 (年度): 2019-06-28 – 2024-03-31
• キーワード: エピゲノム / 一細胞解析 / クロマチン高次構造

研究実績の概要

エピゲノム情報が非対称分裂現象の過程でどのように複製され、変化するかを明らかにするために１細胞マルチオミクス解析技術を確立すべく、研究開発を進めた。
AFPを産生するヒト胃がん由来オルガノイド細胞株を用いた一細胞トランスクリプトームおよびATAC解析によって、オルガノイド細胞集団内において分化刺激によって肝細胞あるいは腸管細胞それぞれに特異的な遺伝子発現を示す異なる細胞系譜細胞への分化が誘導された。ロングリードシーケンサーを用いた一細胞RNAアイソフォームの解析により、肝細胞系譜への分化に関わる転写因子においてプロモータースイッチが観察された。さらに制御ネットワークを解明すべくトランスクリプトームとATAC解析を同一細胞で実施するマルチオーム解析に着手した。胎児形質型胃がん組織の組織内の細胞不均一性を明らかにすべく、空間トランスクリプトーム解析を8症例で実施した。
１細胞レベルのマルチオミクス解析による非ゲノム情報複製の解明に向けて、１細胞Hi-Cと１細胞RNA-seqを融合させる新技術の開発を継続するとともに、クロマチン高次構造と遺伝子発現との関連をより詳しく検討するため、全核レベルでの染色体配置に加えて遺伝子レベルでのクロマチン高次構造を定量的に捉える手法を新たに開発した。本領域内共同研究として岩間らとの連携により、造血幹細胞の非対称分裂に際してのエピゲノム複製を明らかにすべく、造血幹細胞の娘細胞の多様性を検討した。遺伝子発現やクロマチン高次構造に基づくクラスタ解析を行なって娘細胞のデータと比較し、造血幹細胞の娘細胞には自己複製された造血幹細胞以外に分化前駆細胞や分化細胞が産生されることを示唆する結果が得られた。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

研究実績の概要に記した通り、前年度に引き続き新たなアッセイ系の開発・導入に加えて、新たな生物学的知見を得ることができている。

今後の研究の推進方策

オルガノイド培養系を用いた一細胞マルチオーム解析データおよび胎児形質型胃がんの空間トランスクリプトームデータを統合して肝細胞系譜への分化に伴うALB/AFP/AFM遺伝子座の転写制御機構について解明を目指す。
血液幹細胞の実験系において幹細胞の自己複製と細胞分化が再現できることが判明したので、引き続きクロマチン高次構造と遺伝子発現との関連を解明する。そのために同じ１細胞から遺伝子発現・全核レベルでの染色体配置・遺伝子レベルでのクロマチン高次構造に関するデータを同時取得して蓄積し、三者の相互関係や自己複製・分化調節との関係について検討する。

研究成果

• [国際共同研究] Florida State University(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: Florida State University
• [雑誌論文] TEAD1 trapping by the Q353R?Lamin A/C causes dilated cardiomyopathy (2023)
  • 著者名/発表者名: Yamada S, Ko T, Ito M, Sassa T, Nomura S, Okuma H, Sato M, Imasaki T, Kikkawa S, Zhang B, Yamada T, Seki Y, Fujita K, Katoh M, Kubota M, Hatsuse S, Katagiri M, Hayashi H, Hamano M, Takeda N, Morita H, Takada S, Toyoda M, Uchiyama M, Ikeuchi M, Toyooka K, Umezawa A, Yamanishi Y, Nitta R, Aburatani H, Komuro I.
  • 雑誌名: Science Advances 巻: 9 ページ: -
  • DOI: 10.1126/sciadv.ade7047
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Multiancestry genomic and transcriptomic analysis of gastric cancer (2023)
  • 著者名/発表者名: Totoki Y, Saito-Adachi M, Shiraishi Y, Komura D, Nakamura H, Suzuki A, Tatsuno K, Rokutan H, Hama N, Yamamoto S, Ono H, Arai Y, Hosoda F, Katoh H, Chiba K, Iida N, Nagae G, Ueda H, Shihang C, Sekine S, Abe H, , , , , , , , , , , , , Seto Y, Ushiku T, Nakajima A, Katai H, Tan P, Ishikawa S, Aburatani H, Shibata T.
  • 雑誌名: Nature Genetics 巻: 55 ページ: 581～594
  • DOI: 10.1038/s41588-023-01333-x
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Tandemly repeated genes promote RNAi-mediated heterochromatin formation via an antisilencing factor, Epe1, in fission yeast (2022)
  • 著者名/発表者名: Asanuma Takahiro、Inagaki Soichi、Kakutani Tetsuji、Aburatani Hiroyuki、Murakami Yota
  • 雑誌名: Genes & Development 巻: 36 ページ: 1145～1159
  • DOI: 10.1101/gad.350129.122
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] MYPT1-PP1β phosphatase negatively regulates both chromatin landscape and co-activator recruitment for beige adipogenesis (2022)
  • 著者名/発表者名: Takahashi Hiroki、Yang Ge、Yoneshiro Takeshi、Abe Yohei、Ito Ryo、Yang Chaoran、Nakazono Junna、Okamoto-Katsuyama Mayumi、Uchida Aoi、Arai Makoto、Jin Hitomi、Choi Hyunmi、…、Aburatani Hiroyuki、Zhu Min-Sheng、Inagaki Takeshi、Osborne Timothy F.、Kawamura Takeshi、Ishihama Yasushi、Matsumura Yoshihiro、Sakai Juro
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 13 ページ: 5715
  • DOI: 10.1038/s41467-022-33363-0
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] NFIA determines the cis-effect of genetic variation on Ucp1 expression in murine thermogenic adipocytes (2022)
  • 著者名/発表者名: Hiraike Yuta、Tsutsumi Shuichi、Wada Takahito、Oguchi Misato、Saito Kaede、Nakamura Masahiro、Ota Satoshi、Koebis Michinori、Nakao Harumi、Aiba Atsu、Nagano Gaku、Ohno Haruya、Oki Kenji、Yoneda Masayasu、Kadowaki Takashi、Aburatani Hiroyuki、Waki Hironori、Yamauchi Toshimasa
  • 雑誌名: iScience 巻: 25 ページ: 104729～104729
  • DOI: 10.1016/j.isci.2022.104729
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Visualization of the dynamic interaction between nucleosomal histone H3K9 tri-methylation and HP1α chromodomain in living cells (2022)
  • 著者名/発表者名: Sasaki Kazuki、Suzuki Michihiro、Sonoda Takeshi、Schneider-Poetsch Tilman、Ito Akihiro、Takagi Motoki、Fujishiro Shinya、Sohtome Yoshihiro、Dodo Kosuke、Umehara Takashi、Aburatani Hiroyuki、Shin-ya Kazuo、Nakao Yoichi、Sodeoka Mikiko、Yoshida Minoru
  • 雑誌名: Cell Chemical Biology 巻: 29 ページ: 1153～1161.e5
  • DOI: 10.1016/j.chembiol.2022.05.006
  • 査読あり
• [学会発表] The convergence:technology, data and epigenetic research (2022)
  • 著者名/発表者名: 油谷浩幸
  • 学会等名: 第15回日本エピジェネティクス研究会
  • 招待講演
• [学会発表] Epigenetic heterogeneity in cancer (2022)
  • 著者名/発表者名: 油谷浩幸
  • 学会等名: 第81回日本癌学会総会
• [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＆メディシン分野
  • URL: https://www.genome.rcast.u-tokyo.ac.jp/