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2018 年度 実績報告書

幹細胞における細胞周期の制御と代謝系との連関に関する総合的研究

研究課題

研究課題/領域番号 18H05215
研究機関九州大学

研究代表者

中山 敬一  九州大学, 生体防御医学研究所, 主幹教授 (80291508)

研究分担者 中山 啓子  東北大学, 医学系研究科, 教授 (60294972)
服部 聡子 (高井聡子)  藤田医科大学, 総合医科学研究所, 助教 (00415564)
研究期間 (年度) 2018-04-23 – 2023-03-31
キーワード細胞周期 / 代謝 / 幹細胞 / プロテオミクス
研究実績の概要

まず近交系マウス(Mus musculus musculus: C57BL/6J系統)と野生マウス(Mus musculus castaneus系統)のF1におけるアリル特異的なゲノムの立体的区域化 (TAD: topology associating domain) を決定するため、既に公開されているHi-C解析結果のデータベースより解析パイプラインを作成し、実際にアリル特異的なTAD解析を行った。
また幹細胞特異的に変化するTADを制御すると思われるシス領域を決定し、次にその配列を標的とするsgRNAとビオチン化された不活性型Cas9(dCas9)を用いて、免疫沈降したタンパク質(トランス因子)XおよびYを、LC-MS/MSを用いてタンパク質の同定を行うための基礎検討を行った。
さらにDMRのメチル化特異的にTADを変化させるインスレーター結合因子Zを、メチル化/非メチル化DNAアフィニティカラムにおいて結合に差がある分子をLC-MS/MSで同定するための基礎検討も行った。
次にp57遺伝子に蛍光タンパク質Venusを組み込んだ(p57-2a-Venus)細胞株やマウスを作製し、FACSで簡便に遺伝子発現状況を生存下でモニターできる系を構築した。遺伝子発現と相関のあるヒストン修飾部位を標的に、CRISPR/Cas9システムを用いて欠失株を作製し、Venusの発現が低下した株を選別した。その欠失した塩基配列よりプロモーター活性に必要な領域を決定した。
同時に細胞周期と代謝系の関連を調べるために、全代謝酵素の絶対定量技術を開発し、それをさらに改良することによって、幹細胞のように極少数の細胞から精密なタンパク質発現量分析ができるようにした。この技術の開発によって、一匹のマウスから最大数千個しか取れないような成人幹細胞でのプロテオーム解析が可能になった。

現在までの達成度 (区分)
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

初期の達成目標であるp57遺伝子のアリル特異的なTAD制御機構について、多くの実験の基礎検討をほぼ終了し、あとは胚性幹細胞(ESC)と成体幹細胞(ASC)で実際のHi-C解析を行うのみになっている。Skp2においても同様である。また細胞周期と代謝系の連関を研究する上で必須な極少数細胞でのプロテオミクス技術の開発も順調に進んでおり、論文を執筆している最中である。この技術の成否がこの研究全体のボトルネックになっているので、そこを早くもクリアできたことは、今後の展開がスムーズに行くことを予想させるものである。

今後の研究の推進方策

現在まで順調に研究が進んでおり、アリル特異的なTAD決定や、p57/Skp2の幹細胞における発現制御機構は近いうちに具体的な成果が得られる予定である。今後は実際のトランス因子X, Y, Zの分子同定を行い、それらをコードする遺伝子の改変動物を作出して、それらトランス因子の生理的役割を明らかにする。さらに開発がほぼ成功した極少数細胞でのプロテオミクス解析についても、実際のマウスから得た数千個レベルの成体幹細胞(ASC)でプロテオーム解析を施行し、その代謝特性を描出する予定である。同様の解析を野生型マウスだけではなく、上記で作成した種々の遺伝子改変マウスで行って、細胞周期制御分子であるp57やSkp2の発現制御機構の変異が、どのように代謝系に影響を与えるかを検討することによって、細胞周期と代謝系の連関機構を明らかにしていく予定である。

  • 研究成果

    (26件)

すべて 2019 2018 その他

すべて 雑誌論文 (16件) (うち国際共著 2件、 査読あり 16件、 オープンアクセス 9件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 1件、 招待講演 7件) 備考 (1件) 産業財産権 (2件)

  • [雑誌論文] Disruption of FBXL5-mediated cellular iron homeostasis promotes liver carcinogenesis2019

    • 著者名/発表者名
      Muto Yoshiharu、Moroishi Toshiro、Ichihara Kazuya、Nishiyama Masaaki、Shimizu Hideyuki、Eguchi Hidetoshi、Moriya Kyoji、Koike Kazuhiko、Mimori Koshi、Mori Masaki、Katayama Yuta、Nakayama Keiichi I.
    • 雑誌名

      Journal of Experimental Medicine

      巻: 216 ページ: 950~965

    • DOI

      10.1084/jem.20180900

    • 査読あり
  • [雑誌論文] SCFFbxw7 ubiquitylates KLF7 for degradation in a manner dependent on GSK-3-mediated phosphorylation2019

    • 著者名/発表者名
      Sugiyama Shigeaki、Yumimoto Kanae、Inoue Ippei、Nakayama Keiichi I.
    • 雑誌名

      Genes to Cells

      巻: 未定 ページ: 未定

    • DOI

      10.1111/gtc.12680

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Prevention of cancer dormancy by Fbxw7 ablation eradicates disseminated tumor cells2019

    • 著者名/発表者名
      Shimizu Hideyuki、Takeishi Shoichiro、Nakatsumi Hirokazu、Nakayama Keiichi I.
    • 雑誌名

      JCI Insight

      巻: 4 ページ: pii: 125138

    • DOI

      10.1172/jci.insight.125138

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Peroxisome biogenesis deficiency attenuates the BDNF-TrkB pathway-mediated development of the cerebellum2018

    • 著者名/発表者名
      Abe Yuichi、Honsho Masanori、Itoh Ryota、Kawaguchi Ryoko、Fujitani Masashi、Fujiwara Kazushirou、Hirokane Masaaki、Matsuzaki Takashi、Nakayama Keiko、Ohgi Ryohei、Marutani Toshihiro、Nakayama Keiichi I、Yamashita Toshihide、Fujiki Yukio
    • 雑誌名

      Life Science Alliance

      巻: 1 ページ: e201800062

    • DOI

      10.26508/lsa.201800062

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Characterizing vulnerable brain areas and circuits in mouse models of autism: Towards understanding pathogenesis and new therapeutic approaches2018

    • 著者名/発表者名
      Hui Kelvin、Katayama Yuta、Nakayama Keiichi I.、Nomura Jun、Sakurai Takeshi
    • 雑誌名

      Neuroscience & Biobehavioral Reviews

      巻: S0149-7634 ページ: 30121-0

    • DOI

      10.1016/j.neubiorev.2018.08.001

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Reconstruction of global regulatory network from signaling to cellular functions using phosphoproteomic data2018

    • 著者名/発表者名
      Kawata Kentaro、Yugi Katsuyuki、Hatano Atsushi、Kokaji Toshiya、Tomizawa Yoko、Fujii Masashi、Uda Shinsuke、Kubota Hiroyuki、Matsumoto Masaki、Nakayama Keiichi I.、Kuroda Shinya
    • 雑誌名

      Genes to Cells

      巻: 24 ページ: 82-93

    • DOI

      10.1111/gtc.12655

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Bcl11b sets pro-T cell fate by site-specific cofactor recruitment and by repressing Id2 and Zbtb162018

    • 著者名/発表者名
      Hosokawa Hiroyuki、Romero-Wolf Maile、Yui Mary A.、Ungerb?ck Jonas、Quiloan Maria L. G.、Matsumoto Masaki、Nakayama Keiichi I.、Tanaka Tomoaki、Rothenberg Ellen V.
    • 雑誌名

      Nature Immunology

      巻: 19 ページ: 1427~1440

    • DOI

      10.1038/s41590-018-0238-4

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Brain-Derived Neurotrophic Factor Improves Limited Exercise Capacity in Mice With Heart Failure2018

    • 著者名/発表者名
      Matsumoto Junichi、et al. Hatakeyama Shigetsugu、Matsumoto Masaki、Nakayama Keiichi I.、Otsuka Yutaro、Sabe Hisataka、Tsutsui Hiroyuki、Anzai Toshihisa
    • 雑誌名

      Circulation

      巻: 138 ページ: 2064~2066

    • DOI

      10.1161/CIRCULATIONAHA.118.035212

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Trans-omic Analysis Reveals Selective Responses to Induced and Basal Insulin across Signaling, Transcriptional, and Metabolic Networks2018

    • 著者名/発表者名
      Kawata Kentaro、Hatano Atsushi、Yugi Katsuyuki、Kubota Hiroyuki、Sano Takanori、Fujii Masashi、Tomizawa Yoko、Kokaji Toshiya、Tanaka Kaori Y.、Uda Shinsuke、Suzuki Yutaka、Matsumoto Masaki、Nakayama Keiichi I.、Saitoh Kaori、Kato Keiko、Ueno Ayano、Ohishi Maki、Hirayama Akiyoshi、Soga Tomoyoshi、Kuroda Shinya
    • 雑誌名

      iScience

      巻: 7 ページ: 212~229

    • DOI

      10.1016/j.isci.2018.07.022

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] GRWD1 regulates ribosomal protein L23 levels via the ubiquitin-proteasome system2018

    • 著者名/発表者名
      Watanabe Shinya、Fujiyama Hiroki、Takafuji Takuya、Kayama Kota、Matsumoto Masaki、Nakayama Keiichi I.、Yoshida Kazumasa、Sugimoto Nozomi、Fujita Masatoshi
    • 雑誌名

      Journal of Cell Science

      巻: 131 ページ: jcs213009

    • DOI

      10.1242/jcs.213009

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Transcription Factor PU.1 Represses and Activates Gene Expression in Early T Cells by Redirecting Partner Transcription Factor Binding2018

    • 著者名/発表者名
      Hosokawa Hiroyuki、Ungerb?ck Jonas、Wang Xun、Matsumoto Masaki、Nakayama Keiichi I.、Cohen Sarah M.、Tanaka Tomoaki、Rothenberg Ellen V.
    • 雑誌名

      Immunity

      巻: 48 ページ: 1119~1134.e7

    • DOI

      10.1016/j.immuni.2018.04.024

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Methylphenidate and Guanfacine Ameliorate ADHD-Like Phenotypes in <b><i>Fez1</i></b>-Deficient Mice2018

    • 著者名/発表者名
      Sumitomo Akiko、Saka Ayumi、Ueta Keisho、Horike Kouta、Hirai Kazuko、Gamo Nao?J.、Hikida Takatoshi、Nakayama Keiichi?I.、Sawa Akira、Sakurai Takeshi、Tomoda Toshifumi
    • 雑誌名

      Molecular Neuropsychiatry

      巻: 3 ページ: 223~233

    • DOI

      10.1159/000488081

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Nuclear-cytoplasmic shuttling protein PP2AB56 contributes to mTORC1-dependent dephosphorylation of FOXK12018

    • 著者名/発表者名
      Nakatsumi Hirokazu、Oka Takeru、Higa Tsunaki、Shirane Michiko、Nakayama Keiichi I.
    • 雑誌名

      Genes to Cells

      巻: 23 ページ: 599~605

    • DOI

      10.1111/gtc.12597

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] TMEM55B contributes to lysosomal homeostasis and amino acid-induced mTORC1 activation2018

    • 著者名/発表者名
      Hashimoto Yutaka、Shirane Michiko、Nakayama Keiichi I.
    • 雑誌名

      Genes to Cells

      巻: 23 ページ: 418~434

    • DOI

      10.1111/gtc.12583

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Hidden Peptides Encoded by Putative Noncoding RNAs2018

    • 著者名/発表者名
      Matsumoto Akinobu、Nakayama Keiichi I.
    • 雑誌名

      Cell Structure and Function

      巻: 43 ページ: 75~83

    • DOI

      10.1247/csf.18005

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] The promise of targeted proteomics for quantitative network biology2018

    • 著者名/発表者名
      Matsumoto Masaki、Nakayama Keiichi I
    • 雑誌名

      Current Opinion in Biotechnology

      巻: 54 ページ: 88~97

    • DOI

      10.1016/j.copbio.2018.02.014

    • 査読あり
  • [学会発表] Next-generation proteomics unveils a global landscape of cancer metabolism: Discovery of the "second" Warburg effect2019

    • 著者名/発表者名
      Keiichi I. Nakayama
    • 学会等名
      11th AACR-JCA Joint Conference on Breakthroughs in Cancer Research: Biology to Precision Medicine
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] c-Mycによって統合されるがん代謝ネットワークの全貌2018

    • 著者名/発表者名
      中山敬一
    • 学会等名
      第41回日本分子生物学会年会
    • 招待講演
  • [学会発表] 転移巣にTAMを呼び寄せるメカニズムとそれを阻害する既存薬2018

    • 著者名/発表者名
      中山敬一
    • 学会等名
      第16回がんとハイポキシア研究会
    • 招待講演
  • [学会発表] がん幹細胞における細胞周期制御2018

    • 著者名/発表者名
      中山敬一
    • 学会等名
      第77回日本癌学会学術総会
    • 招待講演
  • [学会発表] 人工知能を用いたスコアシステムは乳がん患者の予後を正確に予測する2018

    • 著者名/発表者名
      中山敬一
    • 学会等名
      第77回日本癌学会学術総会
    • 招待講演
  • [学会発表] グルタミンからの窒素流束の代謝シフトはがん悪性化に必要である:第二のワールブルグ効果の発見2018

    • 著者名/発表者名
      中山敬一
    • 学会等名
      第91回日本生化学会大会
    • 招待講演
  • [学会発表] 鉄代謝制御を司るユビキチンシステムと疾患2018

    • 著者名/発表者名
      中山敬一
    • 学会等名
      第42回鉄バイオサイエンス学会学術集会
    • 招待講演
  • [備考] 九州大学生体防御医学研究所分子医科学分野

    • URL

      http://www.bioreg.kyushu-u.ac.jp/saibou/index.html

  • [産業財産権] 被検体に生じるイベントを予測するための判別器の生成方法、及び前記判別器を用いた被検体の層別化方法2018

    • 発明者名
      中山敬一、清水秀幸
    • 権利者名
      国立大学法人九州大学
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2018-157870
  • [産業財産権] FOXK1阻害剤を含有する組成物及びFOXK1阻害作用を有する候補物質のスクリーニング方法2018

    • 発明者名
      中山敬一
    • 権利者名
      国立大学法人九州大学
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2018-185599

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公開日: 2019-12-27  

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