統計モデルによるゲノムワイドな遺伝子転写カスケード解析法の開発

2017 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 16K00387
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 大里 直樹 大阪大学, 情報科学研究科, 特任助教(常勤) (50509536)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: 転写因子 / エンハンサー / クロマチン相互作用 / CTCF / エンハンサープロモーター相互作用 / 機能エンリッチメント

研究実績の概要

エンハンサーとプロモーターの相互作用を予測するための基準として、クロマチン相互作用のループの形成に関わるCTCFやコヒーシンのDNA結合配列の向きを考慮し、ゲノム上の配列の位置を調べ、その内側でエンハンサーとプロモーターの相互作用と転写標的遺伝子を予測すると、転写標的遺伝子に似た機能の遺伝子が有意に多く含まれることを見出した。しかし、この性質を用いて、他のすべての転写因子のDNA結合配列を網羅的に調べるためには、転写標的遺伝子の機能エンリッチメント解析に時間がかかり、解析方法を改善する必要があった。そのため、転写標的遺伝子の別の特徴として、mRNAの発現量の違いを用いた。転写因子により、プロモーター領域のDNA結合配列から予測された転写標的遺伝子と、エンハンサーとプロモーターの相互作用も考慮して予測した転写標的遺伝子の発現量が有意に異なることがあり、転写因子のエンハンサーとしての機能が影響している可能性がある。エンハンサーとプロモーターの相互作用予測の基準により、転写標的遺伝子の発現量の違いが変化し、転写標的遺伝子の機能エンリッチメントの違いと相関することを見出した。
本方法を用いて、エンハンサーとプロモーターの相互作用に影響する転写因子のDNA結合配列やリピート配列について向きを考慮し調べたところ、Forward-reverseの向きのCTCFやコヒーシンが発現量に大きく影響することが確認され、エンハンサーとプロモーターの相互作用に関わるYY1やZNF143も見つかった。ヒトの単球やCD4 T cell等で複数のサンプルを用いて調べたところ、約300の転写因子のDNA結合配列がForward-reverseやReverse-forwardの向きで、発現量に有意に影響することが示唆された。

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

解析方法を途中で変えて時間がかかったが、期待した結果を得ることができた。新しい解析のため、方法や条件検討を行い試行錯誤し進めているが、発見や興味深い結果が得られている。

今後の研究の推進方策

エンハンサーとプロモーター相互作用による転写標的遺伝子の発現量への影響の解析結果をまとめて、論文や学会発表を行う。クロマチンやエンハンサーとプロモーター相互作用等に関連する研究者や実験研究者と、研究方法や共同研究の可能性について相談する。クロマチン相互作用に関わる転写因子（DNA結合タンパク質）の解析とともに、エンハンサーとプロモーター相互作用の予測を行うための他の要素、H3K27ac等のヒストン修飾を合わせた解析やオープンクロマチン領域の解析法の改善、転写因子のDNA結合配列のデータの整理等も進める。高解像度(1kb)のクロマチン相互作用の実験データ(Hi-ChIP)が昨年末に公開され、この情報も活用している。

次年度使用額が生じた理由

国際会議と連動した論文の出版を行うために、国際会議に出席した。国際会議の参加費や旅費がかかり、支給された研究費では足りなくなったので、旅費の一部を自己負担とした結果、少し差額が生じた。次年度の論文出版費用として使用する予定です。

研究成果

• [雑誌論文] Characteristics of functional enrichment and gene expression level of human putative transcriptional target genes (2018)
  • 著者名/発表者名: Naoki Osato
  • 雑誌名: BMC Genomics 巻: 29(Supple 1) ページ: 957 (135-151)
  • DOI: 10.1186/s12864-017-4339-5
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Discovery of biased orientation of human DNA motif sequences affecting enhancer-promoter interactions and transcription of genes (2018)
  • 著者名/発表者名: Naoki Osato
  • 雑誌名: bioRxiv 巻: - ページ: -
  • DOI: 10.1101/290825
  • オープンアクセス
• [学会発表] Discovery of biased orientation of DNA motif sequences affecting human gene expression for prediction of enhancer-promoter interactions (2018)
  • 著者名/発表者名: Naoki Osato
  • 学会等名: Human Genome Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Chromatin accessibility dynamics reveal decrease of DNA motif sequences of transcription factors during macrophage aging (2018)
  • 著者名/発表者名: Naoki Osato
  • 学会等名: International Meeting on RECQ Helicases and Related Diseases
  • 国際学会
• [学会発表] Characteristics of functional enrichment and gene expression level of human putative transcriptional target genes (2017)
  • 著者名/発表者名: Naoki Osato
  • 学会等名: The 12th International Workshop on Advanced Genomics
  • 国際学会
• [学会発表] Methylation diversity among human vascular endothelial cells (2017)
  • 著者名/発表者名: Genta Nagae, Youichiro Wada, Ryuichiro Nakato, Takayoshi Umeda, Yuki Katou, Shuichi Tsutsumi, Naoki Osato, Yasuharu Kanki, Mika Kobayashi, Akashi Izumi-Taguchi, Yutaka Saito, Toutai Mitsuyma, Hiroshi Kimura, Katsuhiko Shirahige, Hiroyuki Aburatani
  • 学会等名: The 12 th International Workshop on Advanced Genomics. Japan
  • 国際学会
• [学会発表] ヒト転写標的遺伝子の機能エンリッチメントの特徴とクロマチン相互作用に関わるタンパク質のDNA結合配列解析への応用 (2017)
  • 著者名/発表者名: 大里直樹
  • 学会等名: 第40回日本分子生物学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] Ucp1発現を制御するnon-coding RNAの探索と機能解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 岩瀬麻里、酒井章子、高橋春弥、野村亘、Jheng Huie-Fen、荒武、瀬尾茂人、大里直樹、松田秀雄、河田照雄、後藤剛
  • 学会等名: 農芸化学学会年会
• [学会発表] UCP1発現制御に関するmiRNAの探索及び機能解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 酒井章子、大久保麻里、高橋春弥、野村亘、Jheng Huie-Fen、荒武、瀬尾茂人、大里直樹、松田秀雄、河田照雄、後藤剛
  • 学会等名: 第56回日本栄養・食糧学会年会
• [学会発表] Characteristic of functional enrichments of putative transcriptional target genes and its application (2017)
  • 著者名/発表者名: Naoki Osato
  • 学会等名: 第52回バイオ情報学研究会
• [学会発表] Characteristic of functional enrichments of human putative transcriptional target genes (2017)
  • 著者名/発表者名: Naoki Osato
  • 学会等名: 第6回生命医薬情報学連合大会年会
• [学会発表] １細胞RNA-seqの特性を考慮した遺伝子発現差解析手法の検討 (2017)
  • 著者名/発表者名: 大里直樹、繁田浩功、瀬尾茂人、松田秀雄
  • 学会等名: NGS現場の会第五回研究会