網羅的かつ簡便なインプリントーム解析エピゲノム技術の確立・普及・診断応用

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17K08689
• 研究機関: 国立研究開発法人国立成育医療研究センター
• 研究代表者: 中林 一彦 国立研究開発法人国立成育医療研究センター, 周産期病態研究部, 室長 (10415557)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: DNAメチル化 / インプリンティング / エピゲノム診断 / アレル別エピゲノム解析

研究実績の概要

インプリント遺伝子のアレル特異的遺伝子発現は、アレル特異的DNAメチル化領域(imprinted differentially methylated region, iDMR)に制御される。本研究の成果として2018年度に公表したイルミナ社EPICアレイ上の476個のDMRプローブ情報が、インプリンティング疾患の一つであるSilver-Russell症候群94例のゲノム・エピゲノム診断分類研究（Inoue et al. Clin. Epigenet. 2020）並びにZNF597-DMR低メチル化を呈する胎児発育遅延症例の同定研究（Yamazawa et al. J. Med. Genet. 2020）に有用であった。
分子バーコードによりPCR重複リード除去が可能なアンプリコンシーケンスライブラリ作製プロトコールを確立し、専用のデータ解析スクリプトを作出した。本研究で開発したバイサルファイトアンプリコンシーケンス法にこの分子バーコード技術を導入する。ヒトゲノムにおける全てのiDMRを標的としたキャプチャーバイサルファイトシーケンスを試行し、その精度評価を進めている。
B6系統・JF1系統間交配で得たマウスF1雑種9.5日胚を対象としたATACシーケンス解析を実施し、アレルの区別が可能なオープンクロマチンプロファイルを取得した。このデータセットは、これまでに取得したcapture-HiCデータと併せて、インプリント遺伝子クラスターを対象としたクロマチン高次構造研究における基盤情報として有用である。
以上のように、これまでに本課題で開発・確立したエピゲノム解析技術を疾患エピゲノム診断に応用し、さらに技術改良を推進した。これらの成果の一部は書籍で紹介した。

研究成果

• [雑誌論文] Identification of epigenetic memory candidates associated with gestational age at birth through analysis of methylome and transcriptional data (2021)
  • 著者名/発表者名: Kashima K, Kawai T, Nishimura R, Shiwa Y, Urayama KY, Kamura H, Takeda K, Aoto S, Ito A, Matsubara K, Nagamatsu T, Fujii T, Omori I, Shimizu M, Hyodo H, Kugu K, Matsumoto K, Shimizu A, Oka A, Mizuguchi M, Nakabayashi K, Hata K, Takahashi N.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 11 ページ: 3381
  • DOI: 10.1038/s41598-021-83016-3
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Rare variant of the epigenetic regulator SMCHD1 in a patient with pituitary hormone deficiency (2020)
  • 著者名/発表者名: Kinjo K, Nagasaki K, Muroya K, Suzuki E, Ishiwata K, Nakabayashi K, Hattori A, Nagao K, Nozawa RS, Obuse C, Miyado K, Ogata T, Fukami M, Miyado M.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 10 ページ: 10985
  • DOI: 10.1038/s41598-020-67715-x
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Contribution of gene mutations to Silver-Russell syndrome phenotype: multigene sequencing analysis in 92 etiology-unknown patients (2020)
  • 著者名/発表者名: Inoue T, Nakamura A, Iwahashi-Odano M, Tanase-Nakao K, Matsubara K, Nishioka J, Maruo Y, Hasegawa Y, Suzumura H, Sato S, Kobayashi Y, Murakami N, Nakabayashi K, Yamazawa K, Fuke T, Narumi S, Oka A, Ogata T, Fukami M, Kagami M.
  • 雑誌名: Clinical Epigenetics 巻: 12 ページ: 86
  • DOI: 10.1186/s13148-020-00865-x
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Loss of imprinting of the human-specific imprinted gene ZNF597 causes prenatal growth retardation and dysmorphic features: implications for phenotypic overlap with Silver-Russell syndrome (2020)
  • 著者名/発表者名: Yamazawa K, Inoue T, Sakemi Y, Nakashima T, Yamashita H, Khono K, Fujita H, Enomoto K, Nakabayashi K, Hata K, Nakashima M, Matsunaga T, Nakamura A, Matsubara K, Ogata T, Kagami M.
  • 雑誌名: Journal of Medical Genetics 巻: - ページ: 107019
  • DOI: 10.1136/jmedgenet-2020-107019
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Identification of distinct loci for de novo DNA methylation by DNMT3A and DNMT3B during mammalian development (2020)
  • 著者名/発表者名: Yagi M, Kabata M, Tanaka A, Ukai T, Ohta S, Nakabayashi K, Shimizu M, Hata K, Meissner A, Yamamoto T, Yamada Y.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 11 ページ: 3199
  • DOI: 10.1038/s41467-020-16989-w
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] ZFAT binds to centromeres to control noncoding RNA transcription through the KAT2B?H4K8ac?BRD4 axis (2020)
  • 著者名/発表者名: Ishikura Shuhei、Nakabayashi Kazuhiko、Nagai Masayoshi、Tsunoda Toshiyuki、Shirasawa Senji
  • 雑誌名: Nucleic Acids Research 巻: 48 ページ: 10848～10866
  • DOI: 10.1093/nar/gkaa815
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Gestational arsenic exposure induces site-specific DNA hypomethylation in active retrotransposon subfamilies in offspring sperm in mice (2020)
  • 著者名/発表者名: Nohara Keiko、Nakabayashi Kazuhiko、Okamura Kazuyuki、Suzuki Takehiro、Suzuki Shigekatsu、Hata Kenichiro
  • 雑誌名: Epigenetics & Chromatin 巻: 13 ページ: 53
  • DOI: 10.1186/s13072-020-00375-3
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 先天性疾患ゲノム診断率向上のためのエピゲノムアプローチ (2020)
  • 著者名/発表者名: 中林一彦
  • 学会等名: 日本人類遺伝学会
  • 招待講演
• [図書] 遺伝子医学MOOK36号 エピゲノムで新たな解明が進む「先天性疾患」 (2021)
  • 著者名/発表者名: 中林一彦
  • 総ページ数: 8
  • 出版者: メディカルドゥー社
• [図書] Epigenetics Methods (Volume 18 in Translational Epigenetics), 2020, Pages 117-140 (Chapter 7: The Illumina Infinium Methylation Assay for Genome-wide Methylation Analyses) (2020)
  • 著者名/発表者名: Kazuhiko Nakabayashi
  • 総ページ数: 24
  • 出版者: Springer