ヒストン組成の多様性が可能とする遺伝子発現量制御機構の解明

2021 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19H03158
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 前原 一満 九州大学, 生体防御医学研究所, 助教 (90726431)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: ヒストンバリアント / クロマチン / ホッジ分解 / エネルギー地形

研究実績の概要

本研究の目標は、細胞分化に際する一細胞レベルのエピゲノムおよびトランスクリプトームデータから、ヒストンバリアントの取り込みがもたらす細胞分化を規定するエネルギー地形変化を明らかにすることである。本研究では、ヒストンバリアントの取り込みによるエネルギー地形変化を捉え、異なるエピゲノム状態のダイナミクスが与える細胞分化の方向性や分化速度の制御機構の解明を進めている。本研究提案では、独自に開発した数理手法および少数細胞エピゲノムプロファイル法（ChIL）を用いて、取得した一細胞データからデータ駆動的にエピジェネティックランドスケープの直接的構築を試みている。これまでに解析を行ってきた新規ヒストンH3バリアント群を解析対象として、世界に先駆けて開発した少数細胞エピゲノム解析技術を駆使し解析を進めている。本年度は、主著として2報、共同研究として５報の論文成果を得た。筋再生過程の組織切片中の限られた細胞から、転写活性情報を抽出する指標・及び解析手法を開発し、主著論文として発表した。また、共同研究では、複製時のヒストンバリアントのクロマチンへの取り込みを解析し、論文成果を得た。さらに、シングルセルデータからデータ駆動的にダイナミクスを抽出する手法の開発にあたり、支配方程式が既知の微分方程式モデルを利用した検証を進めた。検証の結果、提案手法は、予め正解に設定したポテンシャル関数を限られたデータから精度良く復元できることが分かった。本手法はプレプリントおよび公開レポジトリにて開発を進めており、先行して他の論文にも採用されている。

現在までの達成度 (段落)

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Relayed signaling between mesenchymal progenitors and muscle stem cells ensures adaptive stem cell response to increased mechanical load. (2022)
  • 著者名/発表者名: Kaneshige A, Kaji T, Zhang L, Saito H, Nakamura A, Kurosawa T, Ikemoto-Uezumi M, Tsujikawa K, Seno S, Hori M, Saito Y, Matozaki T, Maehara K, Ohkawa Y, Potente M, Watanabe S, Braun T, Uezumi A, Fukada SI.
  • 雑誌名: Cell Stem Cell. 巻: 29 ページ: 265-280.e6
  • DOI: 10.1016/j.stem.2021.11.003.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Discriminative feature of cells characterizes cell populations of interest by a small subset of genes. (2021)
  • 著者名/発表者名: Fujii T, Maehara K, Fujita M, Ohkawa Y.
  • 雑誌名: PLoS Comput Biol. 巻: 19 ページ: e1009579
  • DOI: 10.1371/journal.pcbi.1009579.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Modeling population size independent tissue epigenomes by ChIL-seq with single thin sections. (2021)
  • 著者名/発表者名: Maehara K, Tomimatsu K, Harada A, Tanaka K, Sato S, Fukuoka M, Okada S, Handa T, Kurumizaka H, Saitoh N, Kimura H, Ohkawa Y.
  • 雑誌名: Mol Syst Biol. 巻: 17 ページ: e10323
  • DOI: 10.15252/msb.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] An extensive and dynamic trans-omic network illustrating prominent regulatory mechanisms in response to insulin in the liver. (2021)
  • 著者名/発表者名: Matsuzaki F, Uda S, Yamauchi Y, Matsumoto M, Soga T, Maehara K, Ohkawa Y, Nakayama KI, Kuroda S, Kubota H.
  • 雑誌名: Cell Rep. 巻: 36 ページ: 109569
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2021.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] High-depth spatial transcriptome analysis by photo-isolation chemistry. (2021)
  • 著者名/発表者名: Honda M, Oki S, Kimura R, Harada A, Maehara K, Tanaka K, Meno C, Ohkawa Y.
  • 雑誌名: Nat Commun. 巻: 12 ページ: 4416
  • DOI: 10.1038/s41467-021-24691-8.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Transcriptome analysis of gene expression changes upon enzymatic dissociation in skeletal myoblasts. (2021)
  • 著者名/発表者名: Miyawaki-Kuwakado A, Wu Q, Harada A, Tomimatsu K, Fujii T, Maehara K, Ohkawa Y.
  • 雑誌名: Genes Cells. 巻: 26 ページ: 530-540
  • DOI: 10.1111/gtc.12870.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Chromatin structure-dependent histone incorporation revealed by a genome-wide deposition assay. (2021)
  • 著者名/発表者名: Tachiwana H, Dacher M, Maehara K, Harada A, Seto Y, Katayama R, Ohkawa Y, Kimura H, Kurumizaka H, Saitoh N.
  • 雑誌名: Elife 巻: 10 ページ: e66290
  • DOI: 10.7554/eLife.66290.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 単一細胞オミクスデータの性能評価から利活用まで (2022)
  • 著者名/発表者名: 前原一満
  • 学会等名: マルチNGSオミクス解析研究会
  • 招待講演
• [学会発表] 筋組織維持システムの理解に向けたオミクスデータ解析技術の開発 (2021)
  • 著者名/発表者名: 前原一満、原田哲仁、藤井健、大川恭行
  • 学会等名: 第44回日本分子生物学会
  • 招待講演
• [備考] 九州大学 トランスクリプトミクス分野ホームページ
  • URL: https://tx.bioreg.kyushu-u.ac.jp/
• [備考] 単一細胞データ解析ソフトウェア - ddhodge
  • URL: https://github.com/kazumits/ddhodge