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2018 年度 実績報告書

発がんに影響するピロリ菌の遺伝子とエピゲノム状態のPacBio解読による探索

研究課題

研究課題/領域番号 17H04666
研究機関杏林大学

研究代表者

小林 一三  杏林大学, 医学部, 非常勤講師 (30126057)

研究分担者 神谷 茂  杏林大学, 保健学部, 教授 (10177587)
研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2020-03-31
キーワードピロリ菌 / 胃がん / GWAS / メチローム / エピゲノム
研究実績の概要

(1)中国・日本・韓国のピロリ菌350株(沖縄、雲南少数民族、モンゴルを含む) のゲノム配列(Illumina)が出揃い、系統地理的解析を進めた。東アジアの先史(Homo sapiensの東アジア到達、アメリカ大陸への移動、少数民族の移動、漢民族の成立)、日本人の起源(旧石器・縄文・弥生時代)に対応づけられる集団構造が得られた。また、分集団特異的なゲノム配列変異が、ピロリ菌の走化性、運動、輸送、表層、代謝、ホスト相互作用に関するタンパク質100超で明らかになり、立体構造原子座標レベルで適応進化の機構が推測された。
(2)「胃がん」と「十二指腸」由来の東アジア株多数の比較のGWASから、この病態差に関連する約20遺伝子産物のSNPが明らかにされ、立体構造レベルで機構が推測された。
(3)配列特異的メチル化酵素多数をハブ転写制御因子とする遺伝子発現制御ネットワークについて、詳細を明らかにした。 病原性アイランドでの、メチル化モチーフごとの特徴的な分布と遺伝子発現制御との関連を明らかにした。ピロリ菌メチル化酵素遺伝子の変異と再編に夜配列特異性変換で、メチロームが大きく変わるメチローム・ミクロ進化を、家族内感染で明らかにした 。 ゲノム比較から発見された病原因子候補である「塩基切り出し型制限酵素」が胃細胞のゲノムに働きかけてがんを起こす可能性について、構造生物学、分子進化学、がんゲノム学、遺伝学的解析を進めた。
(4)HpGP (NIH)から、世界13カ国281株のPacbioメチローム解読結果が、チーム内部に伝達され解析がスタートした。日本のピロリ菌(胃がん、胃炎、十二指腸潰瘍、鳥肌胃炎由来)28株を、 NIHへ送っている。
(5)メチロームインフォマティクスという分野を開拓するために、ATGCの4塩基ではなく、メチル化状態も含めた10塩基で、メチロームを記載する方法を実装した。

現在までの達成度 (区分)
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

特に、東アジア株について、上の(1), (2)で示すように、大量ゲノムデータから、タンパク質構造レベルでのメカニズムに迫る画期的な結果が一気に得られた。これらは、実験解析を大きく刺激するであろう。ゲノム・メチロームデータから、メチロームのダイナミックなミクロ進化、そして各遺伝子産物の機能に迫る解析も並行して進んだ。代表者は、日本と世界の研究者と緊密に連絡を取って解析を進めている。HpGPについては、ようやくメチロームデータが内部公開された。 HpGP関係者とも頻繁に会っている。「データだけではダメ」 「メチロームを対象とする新しいバイオインフォマティクス分野の創成と、それによる徹底的な解明が必要」という私の主張が通り、共同研究体制の整備が進み、2019年8月には二日がかりの作戦会議をNIHで開くことになった。

今後の研究の推進方策

6月には中国側のトップと会い、共同研究体制について打ち合わせる。8月にNIHでバイオインフォマティクス関係の作戦会議を開く。私たちの日本のグループは、それまでに進め方を明らかにする。特に、(a) 10塩基表記によるメチローム進化解析、EWAS手法を開発するなど、インフォマティクスの基盤的方法を開発する。 (b) ゲノム・メチロームのデータから、各タンパク質の構造機能に迫り、実験解析と繋げる道を開く。(c) メチル化酵素による遺伝子発現制御ネットワークのダイナミックな進化について明らかにする。これらの方向づけによって、私たちのこれまでのピロリ菌ゲノム・エピゲノム研究のラインを、国際協力のもとで大きく展開し、ピロリ菌とヒトの相互作用による発がんの仕組みの詳細な理解を目指す。とりわけ、日本、アメリカ、中国、ヨーロッパなど世界の様々なグループの分業と協力が進むことを目指す。

備考

NCI (NIH) を中心とするHpGP (H. pylori Genome Project)は、世界15カ国から1000株のピロリ菌を収集しつつある。うち281株についてメチロームを解読ずみ。解析のモデルが、私たちの150メチローム解析である。China CDCは中国全土の行政区の組織を使って、数万のピロリ菌を収集している。ゲノム解読ずみは400株、目標は100万株である。

  • 研究成果

    (37件)

すべて 2019 2018 その他

すべて 国際共同研究 (6件) 雑誌論文 (17件) (うち国際共著 4件、 査読あり 14件、 オープンアクセス 8件) 学会発表 (10件) (うち国際学会 5件、 招待講演 6件) 図書 (1件) 備考 (3件)

  • [国際共同研究] National Cancer Institute (NIH)/Vanderbilt University/New England Biolabs(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      National Cancer Institute (NIH)/Vanderbilt University/New England Biolabs
  • [国際共同研究] China CDC/中国疾病予防控制中心/Beijing University(中国)

    • 国名
      中国
    • 外国機関名
      China CDC/中国疾病予防控制中心/Beijing University
    • 他の機関数
      35
  • [国際共同研究] University of Bath/University of Warwick(英国)

    • 国名
      英国
    • 外国機関名
      University of Bath/University of Warwick
  • [国際共同研究] Yonsei University, Dental School(韓国)

    • 国名
      韓国
    • 外国機関名
      Yonsei University, Dental School
  • [国際共同研究] Karolinska Institutet(スウェーデン)

    • 国名
      スウェーデン
    • 外国機関名
      Karolinska Institutet
  • [国際共同研究]

    • 他の国数
      22
  • [雑誌論文] Enhanced infectivity of strains of Helicobacter pylori isolated from children compared with parental strains2019

    • 著者名/発表者名
      Zaman Cynthia、Osaki Takako、Furuta Yoshikazu、Hojo Fuhito、Yonezawa Hideo、Konno Mutsuko、Kurata Satoshi、Hanawa Tomoko、Kamiya Shigeru
    • 雑誌名

      Journal of Medical Microbiology

      巻: 68 ページ: 633~641

    • DOI

      10.1099/jmm.0.000918

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Effect of Helicobacter pylori biofilm formation on susceptibility to amoxicillin, metronidazole and clarithromycin2019

    • 著者名/発表者名
      Yonezawa Hideo、Osaki Takako、Hojo Fuhito、Kamiya Shigeru
    • 雑誌名

      Microbial Pathogenesis

      巻: 132 ページ: 100~108

    • DOI

      10.1016/j.micpath.2019.04.030

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Role of Probiotics in Eradication Therapy for Helicobacter pylori Infection2019

    • 著者名/発表者名
      Kamiya Shigeru、Yonezawa Hideo、Osaki Takako
    • 雑誌名

      Adv Exp Med Biol

      巻: 369 ページ: 243~255

    • DOI

      10.1007/5584_2019_369

    • 査読あり
  • [雑誌論文] ラテンアメリカの「ピロリ菌と胃がん」研究2019

    • 著者名/発表者名
      小林一三
    • 雑誌名

      日本ヘリコバクター学会誌

      巻: 20 ページ: 123-127

  • [雑誌論文] Serum pepsinogen values in Japanese junior high school students with reference to Helicobacter pylori infection2019

    • 著者名/発表者名
      Okuda Masumi、Lin Yingsong、Mabe Katsuhiro、Kato Mototsugu、Osaki Takako、Miyamoto Ryosuke、Okumura Akihisa、Kamiya Shigeru、Kikuchi Shogo
    • 雑誌名

      Journal of Epidemiology

      巻: - ページ: -

    • DOI

      10.2188/jea.JE20180119

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Reconsidering plasmid maintenance factors for computational plasmid design2019

    • 著者名/発表者名
      Yano Hirokazu、Shintani Masaki、Tomita Masaru、Suzuki Haruo、Oshima Taku
    • 雑誌名

      Computational and Structural Biotechnology Journal

      巻: 17 ページ: 70~81

    • DOI

      10.1016/j.csbj.2018.12.001

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] ピロリ菌研究の最先端:HPI-2018 に参加して2019

    • 著者名/発表者名
      小林一三
    • 雑誌名

      Helicobacter Research

      巻: 00 ページ: 000-000

  • [雑誌論文] Influence of Intestinal Indigenous Microbiota on Intrafamilial Infection by Helicobacter pylori in Japan2018

    • 著者名/発表者名
      Osaki Takako、Zaman Cynthia、Yonezawa Hideo、Lin Yingsong、Okuda Masumi、Nozaki Eriko、Hojo Fuhito、Kurata Satoshi、Hanawa Tomoko、Kikuchi Shogo、Kamiya Shigeru
    • 雑誌名

      Frontiers in Immunology

      巻: 9 ページ: 287

    • DOI

      10.3389/fimmu.2018.00287

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Evaluating the origin and virulence of a Helicobacter pylori cagA-positive strain isolated from a non-human primate2018

    • 著者名/発表者名
      Hashi Kana、Imai Chihiro、Yahara Koji、Tahmina Kamrunnesa、Hayashi Takeru、Azuma Takeshi、Miyabe-Nishiwaki Takako、Sato Hideyuki、Matsuoka Masao、Niimi Sachi、Okamoto Munehiro、Hatakeyama Masanori
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 8 ページ: 15981

    • DOI

      10.1038/s41598-018-34425-4

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Automated detection of outbreaks of antimicrobial-resistant bacteria in Japan2018

    • 著者名/発表者名
      Tsutsui A.、Yahara K.、Clark A.、Fujimoto K.、Kawakami S.、Chikumi H.、Iguchi M.、Yagi T.、Baker M.A.、O'Brien T.、Stelling J.
    • 雑誌名

      Journal of Hospital Infection

      巻: pii: S0195-6701(18) ページ: 30540-1

    • DOI

      10.1016/j.jhin.2018.10.005

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Investigation of recombination-intense viral groups and their genes in the Earth’s virome2018

    • 著者名/発表者名
      Meier-Kolthoff Jan P.、Uchiyama Jumpei、Yahara Hiroko、Paez-Espino David、Yahara Koji
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 8 ページ: 11496

    • DOI

      10.1038/s41598-018-29272-2

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Macroevolution of gastric Helicobacter species unveils interspecies admixture and time of divergence2018

    • 著者名/発表者名
      Smet Annemieke、Yahara Koji、Rossi Mirko、Tay Alfred、Backert Steffen、Armin Ensser、Fox James G.、Flahou Bram、Ducatelle Richard、Haesebrouck Freddy、Corander Jukka
    • 雑誌名

      The ISME Journal

      巻: 12 ページ: 2518~2531

    • DOI

      10.1038/s41396-018-0199-5

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] A GWAS on Helicobacter pylori strains points to genetic variants associated with gastric cancer risk2018

    • 著者名/発表者名
      Berthenet Elvire、Yahara Koji、Thorell Kaisa、Pascoe Ben、Meric Guillaume、Mikhail Jane M.、Engstrand Lars、Enroth Helena、Burette Alain、Megraud Francis、Varon Christine、Atherton John C、Smith Sinead、Wilkinson Thomas S.、Hitchings Matthew D.、Falush Daniel、Sheppard Samuel K.
    • 雑誌名

      BMC Biology

      巻: 16 ページ: 84

    • DOI

      10.1186/s12915-018-0550-3

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Identification of stress responsive genes by studying specific relationships between mRNA and protein abundance2018

    • 著者名/発表者名
      Morimoto Shimpei、Yahara Koji
    • 雑誌名

      Heliyon

      巻: 4 ページ: e00558~e00558

    • DOI

      10.1016/j.heliyon.2018.e00558

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Trends and patterns of national antimicrobial consumption in Japan from 2004 to 20162018

    • 著者名/発表者名
      Tsutsui Atsuko、Yahara Koji、Shibayama Keigo
    • 雑誌名

      Journal of Infection and Chemotherapy

      巻: 24 ページ: 414~421

    • DOI

      10.1016/j.jiac.2018.01.003

    • 査読あり
  • [雑誌論文] MBGD update 2018: microbial genome database based on hierarchical orthology relations covering closely related and distantly related comparisons2018

    • 著者名/発表者名
      Uchiyama Ikuo、Mihara Motohiro、Nishide Hiroyo、Chiba Hirokazu、Kato Masaki
    • 雑誌名

      Nucleic Acids Research

      巻: 47 ページ: D382~D389

    • DOI

      10.1093/nar/gky1054

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Award Report 第1回学術賞(基礎). ピロリ菌進化機構のゲノム科学による解明:「化け続ける」という生き方2018

    • 著者名/発表者名
      小林一三
    • 雑誌名

      日本ヘリコバクター学会誌

      巻: 20 ページ: 8-19

  • [学会発表] DNAメチル化酵素の配列特異性変換によるピロリ菌エピゲノム・ミクロ進化2019

    • 著者名/発表者名
      福世真樹, 矢野大和, 矢原耕史, 今野武津子, 柴田朋子, 重信秀治, 内山郁夫, 小林一三
    • 学会等名
      第13回日本ゲノム微生物学会年会
  • [学会発表] Epigenome-based adaptive evolution of H. pylori: Evidence from genome, methylome, transcriptome and phenotype analyses2019

    • 著者名/発表者名
      Ichizo Kobayashi
    • 学会等名
      16th Japan-Korea Joint Symposium on Helicobacter Research, Busan, Korea
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Epigenome-based adaptive evolution of H. pylori: Evidence from genome, methylome, transcriptome and phenotype analyses2019

    • 著者名/発表者名
      Ichizo Kobayashi
    • 学会等名
      United States-Japan Cooperative Medical Sciences Program 21st International Conference on Emerging Infectious Diseases (EID) in the Pacific Rim, Hanoi, Vietnam
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Epigenome-based adaptive evolution of H. pylori: Evidence from genome, methylome, transcriptome and phenotype analyses2019

    • 著者名/発表者名
      Ichizo Kobayashi
    • 学会等名
      Biological Transactions: From Molecules to Organisms (BTMO-2019), Bangalore, India
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Base-excising Restriction Enzymes2018

    • 著者名/発表者名
      Ichizo Kobayashi
    • 学会等名
      13th International Workshop on Pathogenesis and Host Response in Helicobacter Infections, Helsingor, Denmark
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] H. pylori Genome and Methylome Evolution2018

    • 著者名/発表者名
      Ichizo Kobayashi
    • 学会等名
      VIII International Symposium of Helicobacter pylori infection and Gastric Cancer、Belo Horizonte, Brazil
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] ゲノム(=ATGC…)は、本当に遺伝と進化の単位?2018

    • 著者名/発表者名
      小林一三
    • 学会等名
      木村資生記念進化学セミナー
    • 招待講演
  • [学会発表] ピロリ菌DNAメチル化酵素遺伝子の再編による配列特異性変換とエピゲノム・ミクロ進化2018

    • 著者名/発表者名
      福世真樹, 矢野大和, 矢原耕史, 桂有加子、今野武津子, 柴田朋子, 重信秀治, 内山郁夫, 小林一三
    • 学会等名
      GSJ2018 日本遺伝学会第 90 回大会
  • [学会発表] 遺伝子発現制御ネットワークのハブが水平伝達する2018

    • 著者名/発表者名
      小林一三
    • 学会等名
      国立遺伝学研究所 研究会「自然界の生物種間における遺伝情報の多様性をもたらす“DNA 水平伝播”の解析と活用法」
  • [学会発表] ピロリ菌多数株ゲノム・メチローム解析プロジェクトの現状と課題 Decoding genome and methylome of hundreds of H. pylori strains2018

    • 著者名/発表者名
      Hirokazu Yano, Mutsuko Konno, Ichizo Kobayashi.
    • 学会等名
      第24回日本ヘリコバクター学会学術集会
  • [図書] Detection of DNA double-strand breaks by pulsed-field gel electrophoresis of circular bacterial chromosomes2019

    • 著者名/発表者名
      Ichizo Kobayashi and Hanada Katsuhiro
    • 総ページ数
      未定
    • 出版者
      Springer
  • [備考] 中国疾病予防控制中心

    • URL

      http://www.chinacdc.cn/

  • [備考] NCI, Division of Cancer Epidemiology and Genetics

    • URL

      https://dceg.cancer.gov/

  • [備考] Milner Center for Evolution

    • URL

      https://www.bath.ac.uk/research-centres/milner-centre-for-evolution/

URL: 

公開日: 2019-12-27  

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