全細胞オミクスによる骨格筋組織を構築するシステムの解明

2021 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 20H00456
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 大川 恭行 九州大学, 生体防御医学研究所, 教授 (80448430)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: 骨格筋分化 / クロマチン構造 / 単一細胞解析 / 空間オミクス

研究実績の概要

マウス骨格筋組織のうち今回は前腓骨筋を対象とし、筋組織はカルディオトキシン注射により損傷させたのち、１,３,５,７,１４,２１日目の段階で組織切片を作成した。独自に開発したChILSeq法により、単一細胞レベルで、トランスクリプトーム、プロテオーム、エピゲノムデータをそれぞれ取得した。既に公開している単一細胞エピゲノム解析法ChILseqに、新たに開発した連続免疫染色法、空間トランスクリプトーム技術PIC(photo Isolation Chemistry)を組み合わせた新たなマルチオミクス解析を可能した。本解析では、全て組織切片上で行った。切片上に存在する細胞内に含まれるRNAを逆転写後dsDNAに転換し、更にin vitro transcription(IVT)により増幅させることで１細胞レベルでRNAの検出が可能である（単一細胞トランスクリプトーム検出）。同様に細胞に存在する分子をあらかじめ消去可能な蛍光を付加した特異的抗体と反応させ、連続的に反応させることで膨大な抗体の種類を同一検体上で解析することが可能である（単一細胞プロテオーム検出）。更に、既に発表しているChILSeq法(Nat Cell Biol., 2019)では、抗体が反応した周辺のゲノムDNAを転写させRNAとして検出することが可能である。従ってこれらトランスクリプトーム、エピゲノム、プロテオームの情報を一度のRNA解析で取得が可能である（論文発表準備中、特許申請中）。本手法では、プロテオーム、エピゲノムデータは用いる抗体の種類に依存する。そこで、本年度は、特にプロテオームデータは筋、免疫細胞、間質細胞の代表的な細胞表面抗原を検出する抗体による細胞集団の大まかな区分けを行ったうえで、代表的なシグナル伝達経路の活性化に絞って定量解析を行った。エピゲノムデータについてはクロマチン構造状態の計測を行った。骨格筋再生過程における細胞集団の同定に向けた包括的なデータ解析を進めている。

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

当初予定の開発を早めて、データ取得を進めており当初の計画以上に進展している。

今後の研究の推進方策

研究計画に従って進めていく。

研究成果

• [雑誌論文] Uterus-specific transcriptional regulation underlies eggshell pigment production in Japanese quail. (2022)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Ishishita, Shumpei Kitahara, Mayuko Takahashi, Sakura Iwasaki, Shoji Tatsumoto, Izumi Hara, Yoshiki Kaneko, Keiji Kinoshita, Katsushi Yamaguchi, Akihito Harada, Yasushige Ohmori, Yasuyuki Ohkawa, Yasuhiro Go, Shuji Shigenobu, Yoichi Matsuda, Takayuki Suzuki.
  • 雑誌名: PLoS One. 巻: 17 ページ: e0265008
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0265008.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Direct Conversion of Human Endothelial Cells Into Liver Cancer-Forming Cells Using Nonintegrative Episomal Vectors. (2022)
  • 著者名/発表者名: Takeshi Goya, Kenichi Horisawa, Miyako Udono, Yasuyuki Ohkawa, Yoshihiro Ogawa, Sayaka Sekiya, Atsushi Suzuki.
  • 雑誌名: Hepatol Commun 巻: 6 ページ: 1725-1740
  • DOI: 10.1002/hep4.1911.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Uhrf1 governs the proliferation and differentiation of muscle satellite cells. (2022)
  • 著者名/発表者名: Sakai H, Sawada Y, Tokunaga N, Tanaka K, Nakagawa S, Sakakibara I, Ono Y, Fukada SI, Ohkawa Y, Kikugawa T, Saika T, Imai Y.
  • 雑誌名: iScience. 巻: 25 ページ: 103928
  • DOI: 10.1016/j.isci.2022.103928.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Unusual nucleosome formation and transcriptome influence by the histone H3mm18 variant. (2022)
  • 著者名/発表者名: Hirai S, Tomimatsu K, Miyawaki-Kuwakado A, Takizawa Y, Komatsu T, Tachibana T, Fukushima Y, Takeda Y, Negishi L, Kujirai T, Koyama M, Ohkawa Y, Kurumizaka H.
  • 雑誌名: Nucleic Acids Res. 巻: 50 ページ: 72-91
  • DOI: 10.1093/nar/gkab1137.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Live imaging of transcription sites using an elongating RNA polymerase II-specific probe. (2022)
  • 著者名/発表者名: Uchino S, Ito Y, Sato Y, Handa T, Ohkawa Y, Tokunaga M, Kimura H.
  • 雑誌名: J Cell Biol. 巻: 221 ページ: e202104134
  • DOI: 10.1083/jcb.202104134.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [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
  • DOI: 10.1016/j.stem.2021.11.003.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Recent advances in single-cell epigenomics. (2021)
  • 著者名/発表者名: Harada A, Kimura H, Ohkawa Y.
  • 雑誌名: Curr Opin Struct Biol. 巻: 71 ページ: 116-122
  • DOI: 10.1016/j.sbi.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] High-throughput single-cell epigenomic profiling by targeted insertion of promoters (TIP-seq). (2021)
  • 著者名/発表者名: Bartlett DA, Dileep V, Handa T, Ohkawa Y, Kimura H, Henikoff S, Gilbert DM.
  • 雑誌名: J Cell Biol. 巻: 220 ページ: e202103078
  • DOI: 10.1083/jcb.202103078.
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Chromatin loading of MCM hexamers is associated with di-/tri-methylation of histone H4K20 toward S phase entry. (2021)
  • 著者名/発表者名: Hayashi-Takanaka Y, Hayashi Y, Hirano Y, Miyawaki-Kuwakado A, Ohkawa Y, Obuse C, Kimura H, Haraguchi T, Hiraoka Y.
  • 雑誌名: Nucleic Acids Res. 巻: 49 ページ: 12152-12166
  • DOI: 10.1093/nar/gkab1068.
  • 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: 17 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] Sex differences in metabolic pathways are regulated by Pfkfb3 and Pdk4 expression in rodent muscle. (2021)
  • 著者名/発表者名: Christianto A, Baba T, Takahashi F, Inui K, Inoue M, Suyama M, Ono Y, Ohkawa Y, Morohashi KI.
  • 雑誌名: Commun Biol. 巻: 4 ページ: 1264
  • DOI: 10.1038/s42003-021-02790-y.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Neural stem/precursor cells dynamically change their epigenetic landscape to differentially respond to BMP signaling for fate switching during brain development. (2021)
  • 著者名/発表者名: Katada S, Takouda J, Nakagawa T, Honda M, Igarashi K, Imamura T, Ohkawa Y, Sato S, Kurumizaka H, Nakashima K.
  • 雑誌名: Genes Dev. 巻: 35 ページ: 1431-1444
  • DOI: 10.1101/gad.348797.
  • 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] Genome-wide analysis of chromatin structure changes upon MyoD binding in proliferative myoblasts during the cell cycle. (2021)
  • 著者名/発表者名: Wu Q, Fujii T, Harada A, Tomimatsu K, Miyawaki-Kuwakado A, Fujita M, Maehara K, Ohkawa Y.
  • 雑誌名: J Biochem. 巻: 169 ページ: 653-661
  • DOI: 10.1093/jb/mvab001.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Integrated Analysis of Transcriptome and Histone Modifications in Granulosa Cells During Ovulation in Female Mice. (2021)
  • 著者名/発表者名: Shirafuta Y, Tamura I, Ohkawa Y, Maekawa R, Doi-Tanaka Y, Takagi H, Mihara Y, Shinagawa M, Taketani T, Sato S, Tamura H, Sugino N.
  • 雑誌名: Endocrinology. 巻: 162 ページ: bqab128
  • DOI: 10.1210/endocr/bqab128.PMID: 34171084.
  • 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] Targeted inhibition of EPAS1-driven IL-31 production by a small-molecule compound. (2021)
  • 著者名/発表者名: Kamikaseda Y, Uruno T, Kunimura K, Harada A, Saiki K, Oisaki K, Sakata D, Nakahara T, Kido-Nakahara M, Kanai M, Nakamura S, Ohkawa Y, Furue M, Fukui Y.
  • 雑誌名: J Allergy Clin Immunol. 巻: 148 ページ: 633-638
  • DOI: 10.1016/j.jaci.2021.03.029.
  • 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. Epub 2021 Jun 8.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Hoxa10 mediates positional memory to govern stem cell function in adult skeletal muscle. (2021)
  • 著者名/発表者名: Yoshioka K, Nagahisa H, Miura F, Araki H, Kamei Y, Kitajima Y, Seko D, Nogami J, Tsuchiya Y, Okazaki N, Yonekura A, Ohba S, Sumita Y, Chiba K, Ito K, Asahina I, Ogawa Y, Ito T, Ohkawa Y, Ono Y.
  • 雑誌名: Sci Adv. 巻: 7 ページ: eabd7924
  • DOI: 10.1126/sciadv.abd7924.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Totipotency of mouse zygotes extends to single blastomeres of embryos at the four-cell stage. (2021)
  • 著者名/発表者名: Maemura M, Taketsuru H, Nakajima Y, Shao R, Kakihara A, Nogami J, Ohkawa Y, Tsukada YI.
  • 雑誌名: Sci Rep. 巻: 11 ページ: 11167
  • DOI: 10.1038/s41598-021-90653-1.
  • 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] 骨格筋再性能を制御するクロマチン構造等その破綻 (2021)
  • 著者名/発表者名: 大川恭行
  • 学会等名: 第94回日本生化学会大会
  • 招待講演
• [学会発表] 空間マルチオミクスの展開～エピゲノム, トランスクリプトームからプロテオームの空間計測の試み～ (2021)
  • 著者名/発表者名: 大川恭行
  • 学会等名: がん研セミナー
  • 招待講演
• [学会発表] Identification and Analysis of Minor Histone Variants (2021)
  • 著者名/発表者名: Yasuyuki Ohkawa
  • 学会等名: EMBO Workshop Physiology and function of histone variants
• [図書] 少数細胞エピゲノム解析技術の開発 (2021)
  • 著者名/発表者名: 原田 哲仁，大川 恭行
  • 総ページ数: -
  • 出版者: 日本生化学会
• [図書] 実験医学2021年9月号 (2021)
  • 著者名/発表者名: 沖 真弥、大川 恭行
  • 総ページ数: 131
  • 出版者: 羊土社
  • ISBN: 978-4-7581-2547-5
• [図書] 遺伝子医学MOOK36 (2021)
  • 著者名/発表者名: 富松航佑, 大川 恭行
  • 総ページ数: 218
  • 出版者: 株式会社メディカルドゥ
• [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/