造血腫瘍におけるポリコーム群ヒストンメチル化酵素 EZH1 の機能解析

2016 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 16K19565
• 研究機関: 千葉大学
• 研究代表者: 青山 和正 千葉大学, 大学院医学研究院, 特任研究員 (50734266)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: 発現制御 / 癌 / 造血器腫瘍

研究実績の概要

ヒストンメチル基転移酵素である Ezh1/2 は、ポリコーム群複合体 2 (PRC2) の酵素サブユニットとして、ヒストンH3 リジン 27 のモノ・ジ・トリメチル化 (H3K27me1/2/3) を触媒し、転写を抑制する。EZH2 は、MDS, MPN, MDS/MPN などの造血腫瘍患者で機能喪失型変異が認められている。我々はマウスモデルを用いて、Ezh2 欠損(Ezh2Δ/Δ)により上記の造血腫瘍様病態が発症することを示した (Mochizuki-Kashio, Aoyama et al. Blood 2015)。また、パラログ分子 Ezh1をhomozygous に同時に欠損したマウス(Ezh1-/-Ezh2Δ/Δ)は造血細胞が枯渇し、造血腫瘍を発症しなかった。以上から、Ezh2欠損による造血腫瘍発症には、Ezh1が必須であることを証明した。本研究は、次世代シーケンサーを用いたエピゲノム解析を通して、EZH1 がEZH2 欠損造血幹細胞を維持し、癌遺伝子として機能する分子メカニズムを解明することを目的としている。
平成28年度は研究実施計画に従い、骨髄移植により造血細胞特異的な Ezh1,2 ノックアウトマウスを作製し、造血幹・前駆細胞を純化し、次世代シーケンサーを用いて、RNA シークエンス (RNA seq) およびH3K27me3とH3K27acのクロマチン免疫沈降シークエンス (ChIP-seq) を行なった。解析の結果、Ezh1欠損により活性化する細胞維持に不都合な遺伝子群、すなわちEzh2欠損造血細胞が腫瘍化する際にEzh1が標的とし発現を抑制する重要な遺伝子群をリストアップした。このリスト中には、MDS患者における高発現が報告されている遺伝子も含まれていた。

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

研究実施計画に従い、Ezh1欠損により活性化する細胞維持に不都合な遺伝子群、すなわちEzh2欠損造血細胞が腫瘍化する際にEzh1が標的とし発現を抑制する重要な遺伝子群をリストアップすることができた。
一方、Ezh1のChIP-seqをする目的で作製した3xFLAG-Ezh1ノックインマウスを解析したが、造血細胞におけるノックイン効率が悪いことが分かり、実験系をマウス造血幹前駆細胞株（EML細胞）に変更することになった。しかしながら、既にウィルスを用いて、3xFLAG-Ezh1安定発現EML細胞を得ており、すぐにFLAG抗体を用いたChIP-seqを行う準備が整っている。
以上からおおむね順調に進展していると考えた。

今後の研究の推進方策

平成28年度の続きとして、3x-FLAG-Ezh1のChIP を行うとともに、研究計画に従い以下の内容を実施する。
①SKM-1 細胞 (EZH2機能喪失型 MDS 患者由来) における EZH1 欠損細胞株を作製し表現型を解析する。②マウスモデル同様に、作成した細胞株でもエピゲノム解析を行う。③EZH1欠損により形成された重要なsuper enhancer 領域をCRISPA/Cas9 ゲノム編集によりSKM-1細胞で除去する。④その際の近傍遺伝子の発現変動や細胞増殖などへの影響を検証する。

研究成果

• [雑誌論文] Protective role for lipid modifications of Src-family kinases against chromosome missegregation. (2016)
  • 著者名/発表者名: Protective role for lipid modifications of Src-family kinases against chromosome missegregation. Honda T, Soeda S, Tsuda K, Yamaguchi C, Aoyama K, Morinaga T, Yuki R, Nakayama Y, Yamaguchi N, Yamaguchi N.
  • 雑誌名: Sci Rep 巻: - ページ: -
  • DOI: 10.1038/srep38751.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Possible role of intragenic DNA hypermethylation in gene silencing of the tumor suppressor gene NR4A3 in acute myeloid leukemia. (2016)
  • 著者名/発表者名: Shimizu R, Muto T, Aoyama K, Choi K, Takeuchi M, Koide S, Hasegawa N, Isshiki Y, Togasaki E, Kawajiri-Manako C, Nagao Y, Tsukamoto S, Sakai S, Takeda Y, Mimura N, Ohwada C, Sakaida E, Iseki T, Starczynowski DT, Iwama A, Yokote K, Nakaseko C.
  • 雑誌名: Leuk Res. 巻: 50 ページ: 85-94
  • DOI: 10.1016/j.leukres.2016.09.018. Epub 2016 Sep 26.
  • 査読あり
• [雑誌論文] The loss of Ezh2 drives the pathogenesis of myelofibrosis and sensitizes tumor-initiating cells to bromodomain inhibition. (2016)
  • 著者名/発表者名: Sashida G, Wang C, Tomioka T, Oshima M, Aoyama K, Kanai A, Mochizuki-Kashio M, Harada H, Shimoda K, Iwama A.
  • 雑誌名: J Exp Med. 巻: 213(8) ページ: 1459-77
  • DOI: 10.1084/jem.20151121. Epub 2016 Jul 11.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Setdb1 maintains hematopoietic stem and progenitor cells by restricting the ectopic activation of nonhematopoietic genes. (2016)
  • 著者名/発表者名: Koide S, Oshima M, Takubo K, Yamazaki S, Nitta E, Saraya A, Aoyama K, Kato Y, Miyagi S, Nakajima-Takagi Y, Chiba T, Matsui H, Arai F, Suzuki Y, Kimura H, Nakauchi H, Suda T, Shinkai Y, Iwama A.
  • 雑誌名: Blood 巻: 238(5) ページ: 638-49
  • DOI: 10.1182/blood-2016-01-694810. Epub 2016 Jun 14.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Loss of Pcgf5 Affects Global H2A Monoubiquitination but Not the Function of Hematopoietic Stem and Progenitor Cells. (2016)
  • 著者名/発表者名: Si S, Nakajima-Takagi Y, Aoyama K, Oshima M, Saraya A, Sugishita H, Nakayama M, Ishikura T, Koseki H, Iwama A.
  • 雑誌名: PLoS One 巻: 11(5) ページ: -
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0154561. eCollection 2016.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Role of the polycomb methyltransferase Ezh1 in myelodysplastic syndrome induced by Ezh2 insufficiency (2016)
  • 著者名/発表者名: Kazumasa Aoyama, Makiko Mochizuki-Kashio, Motohiko Oshima, Shuhei Koide, Yaeko Nakajima-Takagi, Mitsutaka Maeda, Goro Sashida, Atsushi Iwama
  • 学会等名: 58th American Society of Hematology (ASH) Annual Meeting
  • 発表場所: San Diego (USA)
  • 年月日: 2016-12-03 – 2016-12-06
  • 国際学会
• [学会発表] Ezh2 欠損造血細胞における Ezh1 によるエピジェネティック制御 (2016)
  • 著者名/発表者名: 青山 和正, 望月-樫尾 牧子, 大島 基彦, 小出 周平, 中島 やえ子, 指田 吾郎, 岩間 厚志
  • 学会等名: 第89回日本生化学会大会
  • 発表場所: 仙台国際センター、東北大学川内北キャンパス (宮城県仙台市）
  • 年月日: 2016-09-25 – 2016-09-27