腫瘍内エピゲノム不均一性を解明する1細胞クロマチン構造解析技術の開発

2016 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 15K21113
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 田中 梓 京都大学, 医学研究科, 日本学術振興会特別研究員(PD) (70749796)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: エピゲノム / 成人T細胞白血病

研究実績の概要

本年度は4-6月の研究中断を経て、7月に研究復帰した。
昨年度から立ち上げを行っていた、少ない細胞からのクロマチン構造解析技術を用いた京都大学iPS細胞研究所での共同研究が4報発表になった。
また、シーケンサーから出る膨大なデータの解析手法の習得が必須となり、2016年7月より京都大学iPS細胞研究所から京都大学大学院医学研究科に籍を移し、研究を継続している。
医学研究科に移籍後は、成人T細胞白血病 (ATL)の発症分子メカニズムの解明にオープンクロマチン解析の技術を用いている。
成人T細胞白血病はヒトT細胞白血病ウイルスが原因により発症する白血病であるが、感染者のうち白血病を発症する割合は数%である。そこで昨年度から立ち上げを行っていた少ない細胞からのATAC-seq法を活用し、ATL細胞のオープンクロマチン状態の解析を行った。具体的には、ATL6症例と比較対照用の健常人5例、ATLの細胞株3種類のATAC-seqデータを取得し解析した。その結果、ATLの細胞では、健常人のサンプルと比較してクロマチンの状態が大きく異なり、ATL特異的なクロマチンの状態であることがわかった。さらに詳細な解析によりATL細胞のクロマチンにはforkhead box (FOX) transcription factor familyの1つである転写因子のモチーフが濃縮していることを明らかにした。またATLのクロマチンの状態はATL特異的なもので、健常人と大きく変化していることも明らかにした。
次年度はこのデータをもとに、ChIP-seqやノックダウン実験で検証を進めていく。

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

本年度は4報の共同研究に貢献した。
本年7月の研究復帰後に開始した成人T細胞白血病 (ATL)のクロマチン構造解析により、以下の2点を明らかにした。

(ア)ATL症例でのみクロマチンがオープンとなっている領域が約3000箇所あることを明らかにした。そして、この領域をゲノム情報解析ツールの一つであるGREAT (Genomic Regions Enrichment of Annotations Tool) を用いたOntology解析を行うと、ATL特異的に発現上昇する遺伝子近傍にオープンクロマチンが濃縮していることを明らかにした。この結果はATL発症時では、ATL特異的なクロマチン状態をとっていることを強く示唆する。
(イ)次に、ATL特異的にオープンとなっている領域をHomer (Heinz et al., Mol. Cell, 2010) を用いて、モチーフ解析した。その結果、オープン領域にはforkhead box (FOX) transcription factor familyの転写因子のモチーフが高い有意性をもって濃縮していることを明らかにした。
次年度は上記のデータをもとに、ChIP-seqやノックダウン実験など、検証実験を行っていく。

今後の研究の推進方策

平成28年度にATL症例を用いたATAC-seqのデータから絞り込まれた「ATL細胞で重要な機能を果たしていると考えられる転写因子」のノックダウン実験やChIP-seqを行う。
またこの転写因子はforkhead box (FOX) transcription factor familyであり、ウイルスタンパク質の1つであるHTLV1 bzip factor (HBZ)との結合も予想されるため、HBZによる影響も検証する。

また、HTLV-1に感染しているが、ATLを発症していないキャリアといわれる状態のクロマチン構造の解析も行う予定である。

次年度使用額が生じた理由

2017年1-6月まで、育児に伴う研究中断をとり、そのため前年度の残額もある中、本年度は予想よりシーケンスにかかる金額が少なかったため次年度使用額が生じた。

次年度使用額の使用計画

次年度はシーケンスにかかる費用（試薬およびシーケンス外注代）が多くかかると予想される。
また、2017年5月に国際学会へ参加するため、旅費も計上する。

研究成果

• [雑誌論文] Autologous Induced Stem Cell-Derived Retinal Cells for Macular Degeneration (2017)
  • 著者名/発表者名: M. Mandai, A. Watanabe, Y. Kurimoto, Y. Hirama, C. Morinaga, T. Daimon, M. Fujihara, H. Akimaru, N. Sakai, Y. Shibata, M. Terada, Y. Nomiya, S. Tanishima, M. Nakamura, ・・・A. Tanaka （39人中34番目）, C. Okada, N. Takasu, S. Ogawa, S. Yamanaka, M. Takahashi (19名省略)
  • 雑誌名: New England Journal of Medicine 巻: 376 ページ: 1038-1046
  • DOI: 10.1056/NEJMoa1608368
  • 査読あり
• [雑誌論文] Myotonic dystrophy type 1 patient-derived iPSCs for the investigation of CTG repeat instability (2017)
  • 著者名/発表者名: J.Ueki, M. Nakamori, M. Nakamura, M. Nishikawa, Y. Yoshida, A. Tanaka, A. Morizane, M. Kamon, T. Araki, MP. Takahashi, A. Watanabe, N. Inagaki, H. Sakurai
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 7 ページ: 1-12
  • DOI: 10.1038/srep42522
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Epigenetic Variation between Human Induced Pluripotent Stem Cell Lines Is an Indicator of Differentiation Capacity (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Nishizawa, K. Chonabayashi, M. Nomura, A. Tanaka, M. Nakamura, A. Inagaki, M. Nishikawa, I. Takei, A. Oishi, K. Tanabe, M. Ohnuki, H. Yokota, M. Koyanagi-Aoi, K. Okita, A. Watanabe, A. Takaori-Kondo, S. Yamanaka, Y. Yoshida
  • 雑誌名: Cell Stem Cell 巻: 19 ページ: 341-354
  • DOI: 10.1016/j.stem.2016.06.019
  • 査読あり
• [雑誌論文] OVOL2 Maintains the Transcriptional Program of Human Corneal Epithelium by Suppressing Epithelial-to-Mesenchymal Transition (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Kitazawa, T. Hikichi, T. Nakamura, K. Mitsunaga, A. Tanaka, M. Nakamura, T. Yamakawa, S. Furukawa, M. Takasaka, N. Goshima, A. Watanabe, K. Okita, S. Kawasaki, M. Ueno, S. Kinoshita, S. Masui,
  • 雑誌名: Cell Reports 巻: 15 ページ: 1359-1368
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2016.04.020
  • 査読あり