高転写状態解明に向けた空間マルチオミクス解析技術の開発

2021 年度 実績報告書

• 研究領域: 配偶子インテグリティの構築
• 研究課題/領域番号: 21H00232
• 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): 2021-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: 高転写状態 / 始原生殖細胞 / 細胞分化制御 / トランスクリプトーム / エピゲノム

研究実績の概要

私たちはこれまで免疫染色をベースに、細胞・組織を非破壊的に標的タンパク質を可視化し、同時にゲノム上の位置を決定するChILSeq を開発した(Nat Cell Biol.2019)。ChILSeq では抗体反応領域周辺のゲノムDNA にTn5 トランスポザーゼを用いて選択的にT7RNA ポリメラーゼプロモータ配列を挿入し、T7RNA ポリメラーゼの添加により強制的に転写させることでゲノム情報をRNAとして獲得する。ChIL 反応により転写されたRNA はゲノムから遊離しないため、細胞の形態や組織内の位置情報を保持した状態でsmFISH により検出可能である。これまでにChILsmFISH により、NGS なしでのイメージングのみでハイスループット且つ1 細胞レベルの高解像度エピゲノム解析技術が樹立し、エピゲノムとトランスクリプトームの同時測定技術が理論上可能となった。一方で、高転写状態解析にはこれにタンパク質の発現情報が欠かせない。そこで、本研究計画では、更に発展させ、プロテオミクスまで含めたマルチオミクス技術を開発にとりくんだ。プロテオミクスの適用の為新たに開発した連続蛍光免疫染色法（seqImmuno-Fluo:以下seqIF）の実装を行い、200種を超えるプローブの作成と検証を行い、ヒト検体を用いた実データ取得を進めた。更に、これら解析を行うための自動化デバイスの開発に取り組み、共焦点レーザー顕微鏡下でデータを自動的に取得し、反応を行う新たなデバイス開発に成功している。現在論文投稿準備中である。また、トランスクリプトーム技術seqFISH+との統合を達成した。

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] 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] 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] Live imaging of transcription sites using an elongating RNA polymerase II-specific probe. (2021)
  • 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
  • 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] Journal of Japanese Biochemical Society (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/