組織内の核内ゲノム構造を単一細胞レベルで高解像度に解析する技術の開発

2021 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 20K21398
• 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): 2020-07-30 – 2022-03-31
• キーワード: エピゲノム / クロマチン / マルチオミクス / 空間オミクス

研究実績の概要

生体は幹細胞あるいは前駆細胞が増殖分化することで、様々な機能を担う細胞、組織が分化増殖することにより形成される。この際に行われるのが選択的な遺伝子発現である。選択的遺伝子発現は、ゲノム領域に広範に分布する遺伝子の制御領域（エンハンサー、プロモーター）を介して特定の遺伝子座を活性化型クロマチン構造に変換し、遺伝子の転写活性を促進するゲノム構造を獲得させるダイナミックなイベントである。一方で、組織形成においては、様々な細胞が、増殖、分化していく極めて不均一な集団変化が起こり、その上個々の細胞においても少なくとも３０００遺伝子座以上が協調的あるいは排他的に秩序だった制御を受け、遺伝子発現あるいは抑制に必要な高次構造の変換が行われる。特定の細胞分化・組織形成を理解するためには、全ゲノム上の遺伝子を対象とし不均一な組織細胞を単一細胞レベルで時系列変化を解析し理解する必要がある。そこで本研究では、新技術LabelingSeq法（仮名称）の開発を行い、予備実験に基づいたパイロット実験を行うことで実証研究を行うことを目的として進めている。各細胞に固有のバーコードを付加する基本技術の構築を行い理論的におおよそ２０００万細胞の固有ラベルを達成する技術を開発し、今年度は、更に、エピゲノム解析への適応を検証した。これら技術は所属機関を通じて知的財産の申請を進めており、現在、エピゲノム・トランスクリプトーム同時解析技術として論文投稿準備中である。

研究成果

• [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] Uterus-specific transcriptional regulation underlies eggshell pigment production in Japanese quail. (2022)
  • 著者名/発表者名: Ishishita S, Kitahara S, Takahashi M, Iwasaki S, Tatsumoto S, Hara I, Kaneko Y, Kinoshita K, Yamaguchi K, Harada A, Ohmori Y, Ohkawa Y, Go Y, Shigenobu S, Matsuda Y, Suzuki T.
  • 雑誌名: PLoS One. 巻: 17 ページ: e0265008
  • DOI: 10.1371/journal.pone.
  • 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: Goya T, Horisawa K, Udono M, Ohkawa Y, Ogawa Y, Sekiya S, Suzuki A.
  • 雑誌名: Hepatol Commun. 巻: - ページ: -
  • DOI: 10.1002/hep4.1911.
  • 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. (2021)
  • 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] 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.
  • 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.
  • 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.abd7924.20.
  • 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] 日本生化学会 (2021)
  • 著者名/発表者名: 原田 哲仁，大川 恭行
  • 総ページ数: -
  • 出版者: Journal of Japanese Biochemical Society
• [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/