超活性クロマチンの高分解能検出を介した疾患エピゲノム制御機構の理解

2018 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16H05089
• 研究機関: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: 梅原 崇史 国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, ユニットリーダー (20415095)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: エピジェネティクス / ヒストン / ヌクレオソーム / クロマチン / 遺伝子発現 / がん / 診断

研究実績の概要

本研究は、ヒト細胞でヒストンH4が高アセチル化修飾（H4K5acK8ac）されたクロマチン領域を1ヌクレオソーム分解能で検出する新規技術を開発し、疾患細胞のエピゲノム異常の形成機構を理解することを目的とする。本年度は、昨年度までに取得した複数のヒト細胞株のヒストンH4高アセチル化のクロマチン免疫沈降シークエンス（ChIP-seq）データと遺伝子発現プロファイルについてバイオインフォマティクス解析を行った。昨年度までに検証したヒストンH4K5acK8ac認識抗体をChIP-seq技術に適用してヒト肺がんH23細胞株のエピゲノム地図を解析した結果、遺伝子のエンハンサー領域とプロモーター領域の両方に分布しており、既知のエピゲノム修飾の中ではヒストンH3のアセチル化修飾（H3K27ac）の局在と最も一致度が高いことが判明した。次にアセチル化ヒストンに結合するBETファミリータンパク質の一種であるBRD2とH4K5acK8acまたはH3K27acとの共局在を解析した結果、BRD2との共局在はH4K5acK8acの方がH3K27acよりも高く相関することを見出した。また高アセチル化と遺伝子発現の相関関係を行った結果、遺伝子の転写産物量とH4K5acK8acのChIP-seqシグナルが強い正の相関にあることを見出した。さらに、BETファミリータンパク質に対する阻害剤をヒト肺がん細胞株に投与してもヒストンH4の高アセチル化は影響を受けず、この修飾が極めて頑強ながんエピゲノムの新規マークであることを突きとめた。以上の結果から、BETファミリータンパク質に対する阻害剤を単剤で投与した場合、BETファミリータンパク質に依存するがんについては一時的な治療効果が期待できるが、その背景にある悪性のエピゲノムは根治されていないことが示唆された。

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

当初立案していた計画の主要内容について予想以上に研究が進展し、論文発表に至ったため。

今後の研究の推進方策

当初計画の主要内容の解析と論文発表を完了したため、肺がん以外の疾患細胞におけるエピゲノム高アセチル化修飾の解析を進め、異なるがん間での共通および特異的な制御分子機構の解明をめざす。

研究成果

• [雑誌論文] Crystal Structure of LSD1 in Complex with 4-[5-(Piperidin-4-ylmethoxy)-2-(p-tolyl)pyridin-3-yl]benzonitrile (2018)
  • 著者名/発表者名: Niwa Hideaki、Sato Shin、Hashimoto Tomoko、Matsuno Kenji、Umehara Takashi
  • 雑誌名: Molecules 巻: 23 ページ: 1538～1538
  • DOI: 10.3390/molecules23071538
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] JQ1 affects BRD2-dependent and independent transcription regulation without disrupting H4-hyperacetylated chromatin states (2018)
  • 著者名/発表者名: Handoko Lusy、Kaczkowski Bogumil、Hon Chung-Chau、Lizio Marina、Wakamori Masatoshi、Matsuda Takayoshi、Ito Takuhiro、Jeyamohan Prashanti、Sato Yuko、Sakamoto Kensaku、Yokoyama Shigeyuki、Kimura Hiroshi、Minoda Aki、Umehara Takashi
  • 雑誌名: Epigenetics 巻: 13 ページ: 410～431
  • DOI: 10.1080/15592294.2018.1469891
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Inhibition of FAD-dependent lysine-specific demethylases by chiral polyamine analogues (2018)
  • 著者名/発表者名: Umezawa Naoki、Tsuji Kasumi、Sato Shin、Kikuchi Masaki、Watanabe Hisami、Horai Yuhei、Yamaguchi Masashi、Hisamatsu Yosuke、Umehara Takashi、Higuchi Tsunehiko
  • 雑誌名: RSC Advances 巻: 8 ページ: 36895～36902
  • DOI: 10.1039/C8RA07879C
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] GAS41のYEATSドメインによるアセチル化ヒストンテイル複合体結晶構造解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 菊地正樹, 梅原崇史
  • 学会等名: 第139回日本薬学会年会
• [学会発表] JQ1 affects BRD2-dependent and independent transcription regulation without disrupting H4-hyperacetylated chromatin states (2018)
  • 著者名/発表者名: Handoko, L., Kaczkowski, B., Hon, C.C., Lizio, M., Wakamori, M., Matsuda, T., Ito, T., Jeyamohan, P., Sato, Y., Sakamoto, K., Yokoyama, Y., Kimura, H., Minoda, A., Umehara, T.
  • 学会等名: 13th EMBL Conference on Transcription and Chromatin
  • 国際学会
• [学会発表] リシン特異的脱メチル化酵素1と非共有結合タイプ阻害剤の複合体結晶構造 (2018)
  • 著者名/発表者名: 丹羽英明, 佐藤 心, 橋本知子, 松野研司, 梅原崇史
  • 学会等名: 日本ケミカルバイオロジー学会 第13回年会
• [学会発表] タンパク質構造に基づく高リガンド性制御分子の開発 (2018)
  • 著者名/発表者名: 梅原崇史
  • 学会等名: 新学術領域研究 化学コミュニケーションのフロンティア 第1回若手シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] エピゲノム制御を標的とした構造基盤阻害剤開発 (2018)
  • 著者名/発表者名: 梅原崇史
  • 学会等名: 理研シンポジウム 第4回 DMP創薬ワークショップ
  • 招待講演
• [学会発表] ヒストンH3K14acペプチドとYEATSドメイン含有タンパク質GAS41との複合体結晶構造解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 菊地正樹, 梅原崇史
  • 学会等名: 第41回日本分子生物学会年会
• [学会発表] 残基特異的アセチル化ヌクレオソームを利用したアセチルリジン結合性タンパク質の機能評価 (2018)
  • 著者名/発表者名: 五島美絵, 森田 鋭, 菊地正樹, 若森昌聡, 花田和晴, 赤坂領吾, 大沢 登, 白水美香子, 梅原崇史
  • 学会等名: 第41回日本分子生物学会年会
• [学会発表] 天然変性領域における多重リン酸化を介したクロマチン構造変換因子FACTの機能制御機構の解明 (2018)
  • 著者名/発表者名: 青木大将, 粟津暁紀, 藤井雅史, 森田 鋭, 上脇隼一, 栃尾尚哉, 梅原崇史, 楯 真一
  • 学会等名: 第41回日本分子生物学会年会
• [学会発表] 部位特異的アセチル化クロマチンのヌクレオソーム移動・転写速度の経時検出と数理モデル化 (2018)
  • 著者名/発表者名: 若森昌聡, 岡部弘基, 浦 聖恵, 船津高志, 瀧ノ上正浩, 梅原崇史
  • 学会等名: 第41回日本分子生物学会年会
• [備考] 生命機能科学研究センター エピジェネティクス制御研究チーム
  • URL: https://www.bdr.riken.jp/jp/research/labs/umehara-t/index.html