幹細胞の運命決定に関わるクロマチン複製機構の解明

2020 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: 19H05746
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 岩間 厚志 東京大学, 医科学研究所, 教授 (70244126)
• 研究分担者: 北村 俊雄 東京大学, 医科学研究所, 教授 (20282527)
• 研究期間 (年度): 2019-06-28 – 2024-03-31
• キーワード: 幹細胞 / 運命決定 / クロマチン複製

研究実績の概要

本研究においては、造血幹細胞とその分裂によって生じる2つの娘細胞のシングルセル解析を行い、それらのクロマチン複製様式を明らかにする。具体的にはシン グルセルATAC-Seq によるオープンクロマチン領域解析、シングルセルHi-C 解析によるトポロジカル関連ドメイン(TAD)解析、ならびにシングルセルRNA-seq を 行い、造血幹細胞の分裂様式をクロマチン複製と遺伝子発現の観点から理解し、娘細胞のシングルセル骨髄移植によって規定される造血幹細胞の生物学的な自己 複製・分化との対応を明らかにする。また、エピゲノム調節に関与するscaffold分子ASXL1がヒストン修飾の複製を介してクロマチン複製を制御する可能性につい て検証する。岩間は、シングルセルを用いてRNA-seqとHi-C 解析によるトポロジカル関連ドメイン(TAD)解析を同時に行う系を確立した。この系を用いて、造血幹細胞の分裂時におけるクロマチン複製様式と生物学的な自己複製・分化との対応を明らかにすべく解析を進めている。また、シングルセルRNA-seq単独の解析も同時にデータを取得しつつある。北村は、DNA複製の際に早期に複製されるヒストンH3K4、少し遅れて次のS期までに複製されるH3K27のメチル化を中心として解析を行なっているが、これまでにscaffold分子ASXL1の種々修飾部位変異体や欠失を用いたin vitroの再構成系を立ち上げ、どのような変異によりヒストン修飾が維持できなくなるかについて解析を行うとともに、ASXL1変異体発現マウスの造血幹細胞の特性について解析を進めている。

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

予定しているプロジェクトを確実に進めつつある。想定外の課題も多いがその都度計画を調整・変更しながら、目的達成に向け研究が進展している。特にシングルセルを用いてRNA-seqとHi-C 解析によるトポロジカル関連ドメイン (TAD)解析を同時に行う系を確立したことは、今後の研究を進める上で極めて重要な進歩である。

今後の研究の推進方策

【研究項目1】 造血幹細胞の細胞運命を規定するクロマチン複製様式の同定(岩間)
造血幹細胞とその分裂によって生じる2つの娘細胞のシン グルセルの解析を通して、造血幹細胞の分裂様式をクロマチン複製と遺伝子発現の観点から理解する。令和2年度にシングルセルを用いてRNA-seqとHi-C 解析によるトポロジカル関連ドメイン (TAD)解析を同時に行う系を確立した。この系を用いて、造血幹細胞の分裂時におけるクロマチン複製様式と生物学的な自己複製・分化との対応を明らかにする。
【研究項目2】 非ゲノム情報調節因子ASXL1 によるクロマチン複製制御機構の解明(北村・岩間)
ASXL1 は多くのエピジェネティック関連分子と結合し、H3K4me3、H3K27me3, H2AK119Ub1 などのエピゲノム調節に関与するscaffold 分子として機能する。ASXL1 がクロマチン複製の際に これらの修飾酵素を必要な遺伝子座に呼び込むものと考えられ、変異体ではクロマチン複製に障害が生じ、造血幹細胞の自己複製に異常をきたすことが想定される。本計画では、DNA 複製の際に早期に複製されるヒストンH3K4、少し遅れて次のS期までに複製されるH3K27 のメチル化を中心としてヒストン修飾の複製の分子機構を調べる。また、ASXL1の変異体を発現するマウスの造血幹細胞を用いた検証も行う。

研究成果

• [国際共同研究] PTC Therapeutics/Memorial Sloan-Kettering Cancer Center(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: PTC Therapeutics/Memorial Sloan-Kettering Cancer Center
• [国際共同研究] マルセイユがんセンタ-/Cleveland Clinic(フランス)
  • 国名: フランス
  • 外国機関名: マルセイユがんセンタ-/Cleveland Clinic
• [国際共同研究] ルンド大学(スウェーデン)
  • 国名: スウェーデン
  • 外国機関名: ルンド大学
• [雑誌論文] Limited rejuvenation of aged hematopoietic stem cells in young bone marrow niche. (2021)
  • 著者名/発表者名: Kuribayashi W, Oshima M, Itokawa N, Koide S, Nakajima-Takagi Y, Yamashita M, Yamazaki S, Rahmutulla B, Miura F, Ito T, Kaneda A, and Iwama A.
  • 雑誌名: J Exp Med 巻: 218 ページ: e20192283
  • DOI: 10.1084/jem.20192283
  • 査読あり
• [雑誌論文] DHODH inhibition synergizes with DNA-demethylating agents in the treatment of myelodysplastic syndromes. (2021)
  • 著者名/発表者名: Kayamori K, Nagai Y, Zhong C, Kaito S, Shinoda D, Koide S, Kuribayashi W, Oshima M, Nakajima- Takagi Y, Yamashita M, Mimura N, Becker HJ, Izawa K, Yamazaki S, Iwano S, Miyawaki A, Ito R, Tohyama K, Lennox W, Sheedy J, Weetall M, Sakaida E, Yokote K, and Iwama A.
  • 雑誌名: Blood Advances 巻: 5 ページ: 438-450
  • DOI: 10.1182/bloodadvances.2020001461
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mutant ASXL1 induces age-related expansion of phenotypic hematopoietic stem cells through activation of Akt/mTOR pathway. (2021)
  • 著者名/発表者名: Fujino T, Goyama S, Sugiura Y, Inoue D, Asada S, Yamasaki S, Matsumoto A, Yamaguchi K, Isobe Y, Tsuchiya A, Shikata S, Sato N, Morinaga H, Fukuyama T, Tanaka Y, Fukushima T, Takeda R, Yamamoto K, Honda H, Nishimura EK, Furukawa Y, Shibata T, Abdel-Wahab O, Suematsu M, Kitamura T.
  • 雑誌名: Nature Communixcations 巻: 12 ページ: 1826
  • DOI: 10.1038/s41467-021-22053-y
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] HHEX promotes myeloid transformation in cooperation with mutant ASXL1. (2020)
  • 著者名/発表者名: Takeda R, Asada S, Park SJ, Yokoyama A, Becker HJ, Kanai A, Visconte V, Hershberger C, Hayashi Y, Yonezawa T, Tamura M, Fukushima T, Tanaka Y, Fukuyama T, Matsumoto A, Yamasaki S, Nakai K, Yamazaki S, Inaba T, Shibata T, Inoue D, Honda H, Goyama S, Maciejewski JP, Kitamura T.
  • 雑誌名: Blood 巻: 136 ページ: 1670-1684
  • DOI: 10.1182/blood.2019004613
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] KDM6A inactivation in germinal center B cells promotes the development of plasma cell neoplasms (2020)
  • 著者名/発表者名: Atsushi Iwama
  • 学会等名: 日本がん学会総会
  • 招待講演
• [備考] 幹細胞分子医学分野ホームページ
  • URL: https://www.ims.u-tokyo.ac.jp/molmed/
• [備考] 細胞療法分野ホームページ
  • URL: https://www.ims.u-tokyo.ac.jp/clinical_oncol/index.html