骨格筋分化における遺伝子発現秩序形成の解明

2014 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 26290064
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 大川 恭行 九州大学, 医学研究院, 准教授 (80448430)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• キーワード: エピゲノム / 高次クロマチン

研究実績の概要

昨年度までの解析により、骨格筋分化遺伝子は核内で未分化段階では骨格筋遺伝子座が近接しており、この近接が未分化段階での遺伝子活性化抑制に寄与していることが示唆された。この未分化段階での近接に関わる分子候補としてBrg1を同定した。Brg1はクロマチンリモデリング因子としてATP依存的に構造の弛緩に関わるとされてきたが、高次クロマチン構造を形成する上でも重要な役割を担っていることが明らかとなった。更にこの近接現象を、Brg1の活性抑制や、転写因子Myg/Mef2Dによるバイパスさせた骨格筋分化誘導の解析により阻害すると、通常の分化より加速された分化現象が確認される一方で、成熟度が不十分となることが明らかとなった。以上の結果により、未分化段階で骨格筋遺伝子座が近接している領域へのヒストンバリアントの集積が、単に遺伝子発現のON/OFFではなくゲノムワイドな同調的制御、そして、秩序だった骨格筋分化遺伝子発現制御にかかわっていることが考えられる。本研究成果についてHarada et al Nuclei. Acids, Res 2015の二報に発表を行った。

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

研究計画通り、進展し主要な成果は２誌にそれぞれ論文発表を行った。3C-seqデータについては現在別途論文投稿準備中であり、おおむね良好な進捗であると判断している。

今後の研究の推進方策

研究計画に基づき、以下のように計画通り進展を期す。すでにゲノムマーキングに関わるChd2/H3.3複合体が、遺伝子発現秩序形成の最初期イベントであるジーンクラスタリング形成誘導に関わっていることを見出している。そこで、現在明らかとなった骨格筋分化段階での遺伝子集積の情報のうち、最終骨格筋分化マーカー遺伝子座が含まれるカテゴリーがマーキングされる時期と、クラスタリングが形成される時期のサンプルを限定し、それぞれH3.3あるいはChd2抗体アフィニティカラムを用いてジーンクラスタリング関連因子の探索と同定を試みる。すでに樹立済みのH3.3あるいはChd2に対するモノクローナル抗体を用いてアフィニティカラムを作製し精製を行った後、網羅的な質量分析により結合タンパク質の同定を試みる。抗体アフィニティカラムを用いた複合体同定法は、申請者グループではルーチンに行っている。Chd2・H3.3いずれも特異的なＤＮＡ結合モチーフを持っておらず、何らかキャリアー（転写因子等）を必要とすることから、各カテゴリー特異的なキャリアーが同定できる可能性がある。結合因子が同定され次第、ChIP-Q-PCRや免疫共染色、そして免疫共沈降でH3.3との共局在性を評価する。最終的にはChIPseqを行い分化の時間変化に応じたゲノム上での分布を解析し、遺伝子発現秩序への相関性を評価する。抗体が存在しない場合は適時エピトープタグ付きのタンパク質をC2C12細胞に強制発現させ、同様に共局在性を評価する。一方で、前年度までに行った3C-seqの解析を報告するため、追加解析として3Cによる検証等を加えて行う。

研究成果

• [雑誌論文] Spatial re-organization of myogenic regulatory sequences temporally controls gene expression. (2015)
  • 著者名/発表者名: Harada A, Mallappa C, Okada S, Butler JT, Baker SP, Lawrence JB, Ohkawa Y, Imbalzano AN.
  • 雑誌名: Nucleic Acids Res. 巻: 43 ページ: 2008-2021
  • DOI: 10.1093/nar/gkv046.
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] MED26 regulates the transcription of snRNA genes through the recruitment of little elongation complex. (2015)
  • 著者名/発表者名: Takahashi H, Takigawa I, Watanabe M, Anwar D, Shibata M, Tomomori-Sato C, Sato S, Ranjan A, Seidel CW, Tsukiyama T, Mizushima W, Hayashi M, Ohkawa Y, Conaway JW, Conaway RC, Hatakeyama S.
  • 雑誌名: Nat Commun. 巻: 6 ページ: 5941
  • DOI: 10.1038/ncomms6941.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Incorporation of histone H3.1 suppresses the lineage potential of skeletal muscle. (2015)
  • 著者名/発表者名: Harada A, Maehara K, Sato Y, Konno D, Tachibana T, Kimura H, Ohkawa Y.
  • 雑誌名: Nucleic Acids Res. 巻: 43 ページ: 775-786
  • DOI: 10.1093/nar/gku1346.
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] A Genome-Wide Analysis Identifies a Notch-RBP-Jκ-IL-7Rα Axis That Controls IL-17-Producing γδ T Cell Homeostasis in Mice. (2015)
  • 著者名/発表者名: Nakamura M, Shibata K, Hatano S, Sato T, Ohkawa Y, Yamada H, Ikuta K, Yoshikai Y.
  • 雑誌名: J Immunol. 巻: 194 ページ: 243-251
  • DOI: 10.4049/jimmunol.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Interleukin-10-producing plasmablasts exert regulatory function in autoimmune inflammation. (2014)
  • 著者名/発表者名: Matsumoto M, Baba A, Yokota T, Nishikawa H, Ohkawa Y, Kayama H, Kallies A, Nutt SL, Sakaguchi S, Takeda K, Kurosaki T, Baba Y.
  • 雑誌名: Immunity. 巻: 41 ページ: 1040-1051
  • DOI: 10.1016/j.immuni.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] SraTailor: Graphical user interface software for processing and visualizing ChIP-seq data. (2014)
  • 著者名/発表者名: Oki S, Maehara K, Ohkawa Y, Meno C.
  • 雑誌名: Genes Cells. 巻: 19 ページ: 919-926
  • DOI: 10.1111/gtc.12190.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Acute hyperglycemia impairs functional improvement after spinal cord injury in mice and humans. (2014)
  • 著者名/発表者名: Kobayakawa K, Kumamaru H, Saiwai H, Kubota K, Ohkawa Y, Kishimoto J, Yokota K, Ideta R, Shiba K, Tozaki-Saitoh H, Inoue K, Iwamoto Y, Okada S.
  • 雑誌名: Sci Transl Med. 巻: 6 ページ: 256ra137
  • DOI: 10.1126/scitranslmed.3009430
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Regulation of RNA polymerase II activation by histone acetylation in single living cells. (2014)
  • 著者名/発表者名: Stasevich TJ, Hayashi-Takanaka Y, Sato Y, Maehara K, Ohkawa Y, Sakata-Sogawa K,Tokunaga M, Nagase T, Nozaki N, James G. McNally JG, Kimura H
  • 雑誌名: Nature. 巻: 516 ページ: 272-275
  • DOI: 10.1038/nature13714.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Establishment of neutralizing rat monoclonal antibodies for fibroblast growth factor-2. (2014)
  • 著者名/発表者名: Tanaka M, Yamaguchi M, Shiota M, Kawamoto Y, Takahashi K, Inagaki A, Osada-Oka M, Harada A, Wanibuchi H, Izumi Y, Miura K, Iwao H, Ohkawa Y.
  • 雑誌名: Monoclon Antib Immunodiagn Immunother. 巻: 33 ページ: 261-269
  • DOI: 10.1089/mab.2013.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Genome-wide analysis of histone modifications in human endometrial stromal cells. (2014)
  • 著者名/発表者名: Tamura I, Ohkawa Y, Sato T, Suyama M, Jozaki K, Okada M, Lee L, Maekawa R, Asada H, Sato S, Yamagata Y, Tamura H, Sugino N.
  • 雑誌名: Mol Endocrinol. 巻: 28 ページ: 1656-1669
  • DOI: 10.1210/me.2014-1117.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Identification of Myelin Transcription Factor 1 (MyT1) as a Subunit of the Neural Cell Type-specific Lysine-specific Demethylase 1 (LSD1) Complex. (2014)
  • 著者名/発表者名: Yokoyama A, Igarashi K, Sato T, Takagi K, Otsuka I M, Shishido Y, Baba T, Ito R, Kanno J, Ohkawa Y, Morohashi KI, Sugawara A.
  • 雑誌名: J Biol Chem. 巻: 289 ページ: 18152-18162
  • DOI: 10.1074/jbc.M114.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Heterochromatin dynamics during differentiation process revealed by the DNA methylation reporter mouse, MethylRO. (2014)
  • 著者名/発表者名: Ueda J, Maehara K, Mashiko D, Ichinose T, Yao T, Hori M, Sato Y, Kimura K, Ohkawa Y, Yamagata K.
  • 雑誌名: Stem Cell Reports. 巻: 2 ページ: 910-924
  • DOI: 10.1016/j.stemcr.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Glycolytic genes are targets of the nuclear receptor Ad4BP/SF-1. (2014)
  • 著者名/発表者名: Baba T, Otake H, Sato T, Miyabayashi K, Shishido Y, Wang CY, Shima Y, Kimura H, Yagi M, Ishihara Y, Hino S, Ogawa H, Nakao M, Yamazaki T, Kang D, Ohkawa Y, Suyama M, Chung BC, Morohashi K.
  • 雑誌名: Nat Commun. 巻: 5 ページ: 3634
  • DOI: 10.1038/ncomms4634
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] The diversity of mouse histone H3 variants. (2015)
  • 著者名/発表者名: Yasuyuki Ohkawa
  • 学会等名: Epigenomics (Z2)
  • 発表場所: Keystone ResortUSA
  • 年月日: 2015-03-29 – 2015-04-03
• [学会発表] Incorporation of Histone H3 Variants Dictates the Lineage Potential of Skeletal Muscle. (2015)
  • 著者名/発表者名: Yasuyuki Ohkawa
  • 学会等名: Transcriptional and Epigenetic Influences on Stem Cell States (C9)
  • 発表場所: Sheraton Steamboat Resort USA
  • 年月日: 2015-03-23 – 2015-03-28
• [学会発表] ヒストンバリアントが制御する骨格筋分化能 (2015)
  • 著者名/発表者名: 大川 恭行
  • 学会等名: クロマチン・デコーディング研究会
  • 発表場所: 国際高等研究所
  • 年月日: 2015-03-20
  • 招待講演
• [学会発表] ヒストンH3バリアントの多様性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 大川 恭行
  • 学会等名: ヒストンバリアント研究会
  • 発表場所: 東京工業大学 すずかけ台キャンパス
  • 年月日: 2015-02-28
• [学会発表] High order chromatin remodeling in skeletal muscle differentiation (2015)
  • 著者名/発表者名: 大川 恭行
  • 学会等名: エピジェネティクス全体会議
  • 発表場所: 理化学研究所 多細胞システム形成研究センター
  • 年月日: 2015-02-14
  • 招待講演
• [学会発表] 次世代シークエンサーによるエピゲノム解析 ～大規模情報処理パイプラインへの取り組み～ (2015)
  • 著者名/発表者名: 大川 恭行
  • 学会等名: 京都大学学術情報メディアセンターセミナー
  • 発表場所: 京都大学学術情報メディアセンター 南館 201マルチメディア講義室
  • 年月日: 2015-01-26
  • 招待講演
• [学会発表] 骨格筋分化における空間クロマチン制御へのアプローチ (2015)
  • 著者名/発表者名: 大川 恭行
  • 学会等名: 定量生物学の会
  • 発表場所: 九州大学 筑紫キャンパス
  • 年月日: 2015-01-11 – 2015-01-12
• [学会発表] ヒストンH3バリアントの多様性 (2014)
  • 著者名/発表者名: 大川恭行
  • 学会等名: 第37回日本分子生物学年会
  • 発表場所: パシフィコ横浜
  • 年月日: 2014-11-26
• [学会発表] クロマチン構造制御による骨格筋分化運命機構の解明 (2014)
  • 著者名/発表者名: 大川恭行
  • 学会等名: 骨格筋研究会
  • 発表場所: コープイン京都
  • 年月日: 2014-11-05
• [学会発表] 骨格筋分化におけるヒストンバリアントによるエピゲノム制御 (2014)
  • 著者名/発表者名: 大川恭行
  • 学会等名: 第87回日本生化学会大会
  • 発表場所: 国立京都国際会館
  • 年月日: 2014-10-16
• [学会発表] ヒストンバリアントによる遺伝子選択 ～ヒストンバーコード解析の新たな展開～ (2014)
  • 著者名/発表者名: 大川恭行
  • 学会等名: 第75回日本癌学会学術総会
  • 発表場所: パシフィコ横浜
  • 年月日: 2014-09-25
  • 招待講演
• [学会発表] ヒストンバリアントが制御する骨格筋分化能～ヒストンバーコード説の新たな展開～ (2014)
  • 著者名/発表者名: 大川恭行
  • 学会等名: 招聘セミナー講演
  • 発表場所: 基礎生物学研究所
  • 年月日: 2014-09-11
  • 招待講演
• [学会発表] Incorporation of Histone H3 Variants Dictates the Lineage Potential of Skeletal Muscle. (2014)
  • 著者名/発表者名: Akihito Harada, Kazumitsu Maehara, Yuko Sato, Hiroshi Kimura and Yasuyuki Ohkawa
  • 学会等名: FASEB;Science Research Conferences
  • 発表場所: The Steamboat Grand Resort USA
  • 年月日: 2014-07-20 – 2014-07-25
• [学会発表] Diversity of histone H3 variants on mouse genome (2014)
  • 著者名/発表者名: Yasuyuki Ohkawa
  • 学会等名: ENBO Workshop Histone varisnts
  • 発表場所: IGBMC in Strasbourg
  • 年月日: 2014-06-02 – 2014-06-04
• [図書] 実験医学 (2015)
  • 著者名/発表者名: 上田 潤，前原一満，大川恭行，山縣一夫
  • 総ページ数: 481-489
  • 出版者: 羊土社
• [図書] 実験医学 (2014)
  • 著者名/発表者名: 大川恭行、原田哲仁
  • 総ページ数: 2064-2069
  • 出版者: 羊土社