ヒストンH2A変異体による癌化とエピゲノム攪乱メカニズムの解析

2016 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 16K07201
• 研究機関: 長崎大学
• 研究代表者: 相原 仁 長崎大学, 医歯薬学総合研究科(医学系), 助教 (80587717)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: クロマチン / ヒストン修飾

研究実績の概要

これまで我々は、ヒストンH2Aの120番目スレオニン(T120-H2A)のリン酸化および隣残基119番目リジン（K119-H2A）のユビキチン化の両修飾が相互に拮抗することを証明してきた。K119-H2Aのユビキチン化は、E3であるポリコーム転写抑制複合体１（PRC1）によって触媒され、転写抑制に働くことがわかっている。これらのことから、リン酸化・ユビキチン化両修飾のクロストークによって転写制御が保たれていると考えられる。本研究は、これら両修飾の制御破綻によって、細胞の癌化が引き起こされるという仮説を証明することを最終目標とする。両修飾部位を含むH2AのC末端部位に焦点を絞り、まず細胞の癌化を誘導するH2Aのミスセンス・欠失変異を同定し、次に癌化をもたらすエピゲノム異常のメカニズムを探るためにゲノムワイドスケールでの遺伝子発現およびクロマチン動態解析を行う。癌エピゲノム研究分野に貢献できうる基礎的知見を得ることが本研究の将来的羨望である。本年度は、以下の３点を明らかにした。１、T120-H2Aのリン酸化を制御するVRK1キナーゼの過剰発現は、NIH3T3細胞をトランスフォームし、腫瘍形成を促進すること。２、T120-H2Aのイソロイシン変異体も同様に腫瘍形成能を有すること。３、T120-H2Aのアスパラギン酸変異体によってトランスフォームしたNIH3T3細胞のクローン株では、細胞増殖のマスターレギュレーターであるサイクリンD1の発現が上昇すると同時に、サイクリンD1遺伝子コアプロモーター領域のT120-H2Aのリン酸化が上昇していること。これらの結果と以前の研究結果を合わせ、学術論文として成果発表を行った。

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

癌細胞株および癌患者の検体合わせて2万以上の全ゲノムシーケンスデータを有する英国サンガーセンターのCOSMIC (Catalogue of Somatic Mutations in Cancer)公開データベースを用いて、18遺伝子あるH2AのC末端部分のミスセンスや欠失変異を調べた。その結果、K119-H2A、T120-H2Aおよび周辺のアミノ酸残基の合計十数種類の変異体を見出した。研究開始当初は、K119-H2Aに焦点を絞り、腫瘍形成能の強い変異体を見出す予定であったが、予想外に、T120のリン酸化部位の変異体でも腫瘍形成能を示すこと、またそのリン酸化を制御するVRK1キナーゼの過剰発現でも所要形成が促進されることを見出した。K119-H2Aや周辺部位のアミノ酸残基の変異体については解析中である。予定の結果をまとめられなかったこと、予想外の結果が得られたことを考慮して、おおむね順調と自己評価した。

今後の研究の推進方策

今後の方策は、K119-H2Aの変異体に焦点を絞り、腫瘍形成能が強い変異体を見出すこと、その変異体を培養細胞に発現させた場合、その存在量は１％程度ではあるが、なぜ細胞を癌化させることができるのか、そのメカニズムを探るため、細胞全体のヒストンH2Aのユビキチン化状態の変化や他のヒストン修飾への影響、ポリコーム転写抑制複合体のクロマチン結合分布の変化などを調べる予定である。

次年度使用額が生じた理由

物品購入に際して、割引が発生したためである。

次年度使用額の使用計画

未使用額は、次年度の物品購入費に当てる予定である。

研究成果

• [雑誌論文] Histone H2A T120 Phosphorylation Promotes Oncogenic Transformation via Upregulation of Cyclin D1. (2016)
  • 著者名/発表者名: Hitoshi Aihara, Takeya Nakagawa, Hirofumi Mizusaki, Mitsuhiro Yoneda, Masanori Kato, Masamichi Doiguchi, Yuko Imamura, Miki Higashi, Tsuyoshi Ikura, Tomonori Hayashi, Yoshiaki Kodama, Masaya Oki, Toshiyuki Nakayama, Edwin Cheung, Hiroyuki Aburatani, Ken-ichi Takayama, Haruhiko Koseki, Satoshi Inoue, et al.
  • 雑誌名: Molecular Cell 巻: 64 ページ: 176-188
  • DOI: 10.1016/j.molcel.2016.09.012.
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [図書] 遺伝子発現制御機構 クロマチン・転写制御・エピジェネティクス 第４章担当 (2017)
  • 著者名/発表者名: 相原仁、伊藤敬
  • 総ページ数: 250ページ（p35-45担当）
  • 出版者: 東京化学同人