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2014 年度 実績報告書

グリオブラストーマ幹細胞におけるゲノムのハイドロキシメチル化の機能解析

研究課題

研究課題/領域番号 14J10908
研究機関東京大学

研究代表者

髙井 弘基  東京大学, 農学生命科学研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2014-04-25 – 2016-03-31
キーワード膠芽腫(グリオブラストーマ) / glioblastoma / エピジェネティクス / epigenetics / ハイドロキシメチルシトシン / 5-hydroxymethylcytosine
研究実績の概要

本研究においては、ハイドロキシメチルシトシン(5-hydroxymethylcytosine, 5hmC)が膠芽腫の造腫瘍性を維持する詳細な分子機構を明らかにした。
特別研究員らは、膠芽腫(グリオブラストーマ, glioblastoma)の無血清培養株のゲノムに5hmCが大量に存在していることを発見した。5hmCが造腫瘍性と関連の深い因子群の遺伝子座に多く存在することから、5hmCによる転写制御機構の解析を行った。まず、5hmCに対して結合するタンパク質を精製し、質量分析によって網羅的に同定した結果、新規タンパク質chromatin target of PRMT1 (CHTOP) が5hmCに特異的に結合することを見出した。さらに、CHTOPの複合体を質量分析によって解析した結果、CHTOPがmethylosomeと呼ばれるアルギニンメチル化タンパク質複合体と結合していることを見出した。続く生化学的アッセイによる解析の結果、5hmCがmethylosomeを介したヒストン修飾の制御により、転写を活性化していることが明らかとなった。
この成果は2014年10月、Cell Reports誌に掲載された (Takai et al. doi: 10.1016/j.celrep.2014.08.071)。本成果について、同誌による特別研究員のインタビュー記事が掲載され、日経産業新聞などの国内メディアや、Cancer Discovery誌などの国際誌においても取り上げられるなど、国内外から高い評価を受けた。また、2015年1月に米国コロラド州において開催されたKeystone Symposia: Epigenetics and Cancerでは、Keystone Symposia Future of Science Fund Scholarshipを受賞している。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

特別研究員は、5hmCの新規結合タンパク質CHTOPを同定している。当初の研究計画においては、このCHTOPの機能解析を2年間に分けて行う予定であった。しかしながら、既にCHTOPがmethylosomeと呼ばれるアルギニンメチル化複合体と結合し、5hmCの存在する遺伝子座にmethylosomeを誘導することで、周辺のヒストンH4をメチル化し、EGFRなどの造腫瘍性関連因子の転写を活性化していることを見出している。これにより、5hmCによる膠芽腫の造腫瘍性維持機構が明らかとなった (Takai et al., Cell Reports, 2014)。
また、CHTOPによるクロマチンの高次構造制御に関しても、期待以上の進展があった。TET1あるいはCHTOPをノックダウンすると、膠芽腫細胞のゲノムが凝集することから、これらの因子がクロマチンの高次構造を開いた状態に維持していることが示唆された。また、膠芽腫がん幹細胞をフローサイトメトリーにより単離し、そのクロマチンを解析した結果、膠芽腫がん幹細胞のクロマチンが、TET1, 5hmC, CHTOPに依存的に開いた状態に維持されていることも見出された。
さらに、2年目に行う予定であった、5hmC産生酵素であるTET1阻害剤の大規模スクリーニングと抗腫瘍効果の検討についても、目覚ましい進展があった。まず、TET1の活性評価系をin vitroで構築した。この検出系は特別研究員らが立脚したものである。次に、化合物ライブラリ約15万化合物よりTET1に対する阻害効果を持つ化合物をスクリーニングし、有望な候補化合物を4つ取得した。それぞれTET1に対するIC50が数~数十nMであり、膠芽腫細胞に与えた場合、生育抑制効果が認められた。現在、これらの化合物の誘導体化を進め、膠芽腫に対する新たな標的薬を創製中である。

今後の研究の推進方策

TET1, 5hmC, CHTOPによるクロマチンの高次構造制御に関して、今後もその分子メカニズムを解析する。既にin vitroのクロマチン再構成系を利用し、CHTOPが5hmCの存在するDNA上において、リンカーヒストンH1と競合することでクロマチンを開くことを見出している。また、膠芽腫検体より、CD133, CD15などのがん幹細胞マーカーを指標としたフローサイトメトリーによって膠芽腫がん幹細胞を分離し、そのクロマチン構造を解析した結果、膠芽腫がん幹細胞のクロマチンが、TET1, 5hmC, CHTOP依存的に開いた状態に維持されていることが判明した。このことから、今後は、がん幹細胞のクロマチンの状態をFAIRE-seq, Hi-Cなどのディープシーケンサーを用いたクロマチン構造の網羅的解析法によって明らかとする。以上の解析結果と、これまでの研究成果を合わせて、TET1を標的とした膠芽腫の新規治療法を提案する。
膠芽腫に対する分子標的薬の創製に関しては、既に得られている4つの候補化合物の誘導体化をすすめ、膜透過性、肝ミクロソーム代謝安定性などの基礎評価を進める。同時に、TET1に対する特異性の確保や、膠芽腫細胞に与えた場合の生育抑制効果などについて検討する。得られた誘導体について、マウスを用いた薬力動態試験を行い、膠芽腫の動物移植モデルを利用したin vivo薬効評価を行う。

備考

そのほかに、本研究に関する特別研究員(高井弘基)へのインタビュー記事が掲載されています(http://news.cell.com/cellreports/cell-reports/dna-methylation-and-glioblastoma-an-interview-with-hiroki-takai)。

  • 研究成果

    (10件)

すべて 2015 2014 その他

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 1件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (5件) (うち招待講演 1件) 備考 (3件)

  • [雑誌論文] 5-Hydroxymethylcytosine Plays a Critical Role in Glioblastomagenesis by Recruiting the CHTOP-Methylosome Complex2014

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Takai, Tetsu Akiyama et al.
    • 雑誌名

      Cell Reports

      巻: 9 ページ: 48-60

    • DOI

      10.1016/j.celrep.2014.08.071

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] 5hmC Promotes Glioblastomagenesis via Modulation of Gene Expression2014

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Takai, Tetsu Akiyama
    • 雑誌名

      Cancer Discovery

      巻: 4 ページ: Online

    • DOI

      10.1158/2159-8290.CD-RW2014-215

    • 査読あり
  • [学会発表] 5-Hydroxymethylcytosine Plays a Critical Role in Glioblastomagenesis by Recruiting the CHTOP-Methylosome Complex2015

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Takai
    • 学会等名
      Keystone Symposia: Epigenetics and Cancer
    • 発表場所
      Keystone, Colorado, USA
    • 年月日
      2015-01-25 – 2015-01-30
  • [学会発表] 5hmC plays a critical role in glioblastomagenesis by recruiting the CHTOP-methylosome complex2014

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Takai
    • 学会等名
      The 37th Annual Meeting of the Molecular Biology Society of Japan
    • 発表場所
      Pacifico Yokohama, Japan
    • 年月日
      2014-11-25 – 2014-11-27
  • [学会発表] TET1 as a novel molecular target for glioblastoma therapy2014

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Takai
    • 学会等名
      73nd Annual Meeting of the Japanese Cancer Association
    • 発表場所
      Pacifico Yokohama, Japan
    • 年月日
      2014-09-25 – 2014-09-27
    • 招待講演
  • [学会発表] 5-hydroxymethylcytosine plays a critical role in glioblastomagenesis by recruiting its reader protein complex2014

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Takai
    • 学会等名
      東京大学 分子細胞生物学研究所 研究交流会
    • 発表場所
      東京大学 弥生キャンパス 弥生講堂
    • 年月日
      2014-05-07
  • [学会発表] 5-hydroxymethylcytosine plays a critical role in glioblastomagenesis by recruiting its reader protein complex2014

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Takai
    • 学会等名
      The University of Tokyo Life Science Symposium (BIO-UT)
    • 発表場所
      The University of Tokyo, Japan
    • 年月日
      2014-04-26
  • [備考] 最悪性脳腫瘍細胞が腫瘍をつくる仕組みを解明

    • URL

      http://www.iam.u-tokyo.ac.jp/pressrelease141003_2.html

  • [備考] 最悪性脳腫瘍が腫瘍をつくるメカニズムを解明 ~特殊なDNAの修飾が腫瘍形成を支配する~

    • URL

      http://www.u-tokyo.ac.jp/ja/utokyo-research/research-news/clarification-of-the-molecular-mechanisms-of-glioblastomagenesis/

  • [備考] 最悪性脳腫瘍細胞が腫瘍をつくる仕組みを解明

    • URL

      http://www.u-tokyo.ac.jp/public/public01_261003_02_j.html

URL: 

公開日: 2016-06-01  

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