イントロン構造を介した遺伝子発現特異性の制御

2014 年度 実績報告書

• 研究領域: ゲノムを支える非コードＤＮＡ領域の機能
• 研究課題/領域番号: 26114720
• 研究機関: 独立行政法人理化学研究所
• 研究代表者: 谷内 一郎 独立行政法人理化学研究所, 統合生命医科学研究センター, グループディレクター (20284573)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2016-03-31
• キーワード: イントロン構造 / ゲノム機能 / 遺伝子発現制御

研究実績の概要

非コードDNA 領域が関与する遺伝子発現制御機構として古典的なス制御領域を介した機構については多くの知見が蓄積して来た一方で、トランスジェニック動物を作製する際にはこれら制御領域に加えて、RNAスプライシングを可能にするイントロン構造を付加することが外来性遺伝子の高発現には必要であり、この現象は “intron-mediated enhancement”と呼ばれているがその生理的意義や分子制御機構は不明のままである。
さて胸腺内でのヘルパー／キラー系列決定においてはCd8遺伝子の分化段階かつ系列特異的な再活性化による特異的なCD8分子の発現パターンが重要な役割を果たすが、この分子機構は未だ良く解っていない。研究代表者はhCD2 遺伝子cDNA配列をCd8a遺伝子にノックイン挿入したCd8-hCD2レポーター遺伝子マウスの発現解析より、Cd8遺伝子再活性化にはイントロン構造が必要であることを見出した。この発見はイントロン構造が単に遺伝子発現量を増強するだけでなく、時空的な特異性を規定する活性を持つことを示すものである。本課題では分化段階かつ系列特異的なCd8遺伝子の再活性に関与するイントロン構造を介した制御機構を明らかにし、従来知られている制御とは異なる階層でのイントロン構造を介した遺伝子発現制御機構を解明することを目的とした研究を行なっている。
本年度はCre-loxPの系を用いてイントロン構造は成熟CD8+T細胞でのCd8-hCD2レポーターの発現維持に必須であること、予想に反してRNAスプライシングに必須のスプライシングドナー/アクセプター配列はCd8-hCD2レポーターの再活性化に必須ではないこと、イントロン構造は分化段階特異的なDNA脱メチル化に必要であること、Cd8遺伝子の最活性にはクロマチン構造修飾因子であるSATB1分子が関与することを見出した。

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

ES細胞での相同組換えを用いた遺伝子標的法のような確立された発生工学的手法によるアプローチでは目的の変異Cd8-hCD2レポーターはほぼ予定通りに作製、解析出来た。また、他の研究課題の成果から偶然にもクロマチン構造修飾因子であるSATB1分子がおそらくはCd8エンハンサーに結合し活性化することによりCd8遺伝子の再活性化を制御していることが判明したことは予想以上の成果と言える。またイントロン構造を介したCd8遺伝子の発現制御に関与する分子の網羅的な探索に向けて、成熟CD8+T細胞でのCd8-hCD2レポーターの発現維持に必須であることが確認出来たことは計画の遂行を担保する上で重要な成果と考える。このように確立された実験系では概ね順調に計画は進んでいる。しかしながら、Cd8aプロモーターにLexA配列への挿入については作製したターゲットベクターでは相同組換え体が得られず、コンストラクトの再構築が必要となった。また一、Cd8遺伝子の発現制御に関与する分子の網羅的な探索に関してはレトロウイルスベクターベースのsiRNAライブラリーの入手を計画していたが、入手可能なライブラリーのベースがレンチウイルスに変更されてしまい、CD8T細胞へのレンチウイルスの導入効率が格段に低いことから計画の見直しを迫られる事態となったことは予想外の事態であった。この点については計画の再検討を要すると認識している。

今後の研究の推進方策

これまでの成果からおそらくはイントロン構造がSATB1等の核内タンパクと協調してCd8エンハンサーの活性化に関与し、DNAの脱メチル化等を開始Cd8遺伝子の再活性化を行うことが予想される。この課題で最重要なのはイントロン構造とエンハンサーの活性化を繋ぐ分子を同定することであることに疑いは無い。この分子がどのような特性をもつかは予想が難しいが、網羅的な機能的スクリーニングが合理的なアプローチと考える。その為にはレンチウイルスではなくレトロウイルスベースのライブラリーが望ましく、このライブラリーに関してはある海外研究機関よリ入手可能という情報を得ているので、今後は海外との共同研究を視野において研究を推進していくことも考慮したい。

研究成果

• [雑誌論文] A novel Cd8-cis regulatory element that directs expression in CD44+CD62L+CD8+ T cells and in CD8aa+ dendritic cells. (2015)
  • 著者名/発表者名: Sakaguchi S, Hombauer M, Hassan H, Tanaka H, Naoe Y, Bilic I, mayer H, Bergthaler A, Taniuchi I, Ellmeier W.
  • 雑誌名: J. Leukoc. Biol 巻: 97 ページ: 635-44
  • DOI: 10.1189/jlb.1HI1113-597RR
  • 査読あり
• [雑誌論文] Lineage-specific compaction of Tcrb requires a chromatin barrier to protect the function of a long-range tethering element. (2015)
  • 著者名/発表者名: Majumder K, Koues O, Chan E, Kyle K, Horowitz J, Yang-Iott K, Bassing C, Taniuchi I, Krangel M, Oltz E
  • 雑誌名: J.Exp.Med. 巻: 212 ページ: 107-20
  • DOI: 10.1084/jem.20141479
  • 査読あり
• [雑誌論文] Histone acetylation mediated by Brd1 is crucial for Cd8 gene activation during early thymocyte development. (2014)
  • 著者名/発表者名: Mishima Y, Wang C, Miyagi S, Saraya A, Hosokawa H, Mochizuki-Kashio M, Nakajima-Takagi Y, Koide S, Negishi M, Sashida G, Naito T, Ishikura T, Onodera A, Nakayama T, Tenen D.G, Yamaguchi N, Koseki H, Taniuchi I, Iwama A.
  • 雑誌名: Nat Commun. 巻: 5 ページ: 5872
  • DOI: 10.1038/ncomms6872
  • 査読あり
• [雑誌論文] Runx/Cbfb signaling regulates postnatal development of granular convoluted tubule in the mouse submandibular gland. (2014)
  • 著者名/発表者名: Islam MN, Itoh S, Yanagita T, Sumiyoshi K, Hayano S, Kuremoto KI, Kurosaka H, Honjo T, Kawanabe N, Kamioka H, Sakai T, Ishimaru N, Taniuchi I, Yamashiro T.
  • 雑誌名: Dev Dyn. 巻: 244 ページ: 488-96
  • DOI: 10.1002/dvdy.24231
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cbfb deficiency results in differentiation blocks and stem/progenitor cell expansion in hematopoiesis. (2014)
  • 著者名/発表者名: Wang CQ, Chin DW, Chooi JY, Wee Joo C, Taniuchi I, Tergaonkar V, Osato M.
  • 雑誌名: Leukemia 巻: 29 ページ: 753-7
  • DOI: 10.1038/leu.2014.316
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cbfb regulates bone development by stabilizing Runx family proteins. (2014)
  • 著者名/発表者名: Qin X, Jiang Q, Matsuo Y, Kawane T, Komori H, Moriishi T, Taniuchi I, Ito K, Kawai Y, Rokutanda S, Izumi S, and Komori T.
  • 雑誌名: Bone Miner. Res. 巻: 30 ページ: 706-14
  • DOI: 10.1002/jbmr.2379
  • 査読あり
• [雑誌論文] The Role of BTB-Zinc Finger Transcription Factors During T Cell Development and in the Regulation of T Cell-mediated Immunity. (2014)
  • 著者名/発表者名: Ellmeier W, Taniuchi I.
  • 雑誌名: Curr Top Microbiol Immunol. 巻: 381 ページ: 21-49
  • DOI: 10.1007/82_2014_374
• [雑誌論文] Functional B-1 progenitor cells are present in the hematopoietic stem cell deficient embryo and depend on Cbfβ for their development. (2014)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi M, Shelly CW, Seo W, Vemula S, Liu Y, Taniuchi I and Yoshimoto M.
  • 雑誌名: Proc. Natl. Acad. Sci. USA 巻: 111 ページ: 12151-6
  • DOI: 10.1073/pnas.1407370111
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Disruption of Runx1 and Runx3 leads to bone marrow failure and leukemia predisposition due to transcriptional and DNA repair defects. (2014)
  • 著者名/発表者名: Wang CQ, Krishnan V, Tay LS, Chin DW, Koh CP, Chooi JY, Nah GS, Du L, Jacob B, Yamashita N, Lai SK, Tan TZ, Mori S, Taniuchi I, Tergaonkar V, Ito Y, Osato M.
  • 雑誌名: Cell Reports 巻: 8 ページ: 767-82
  • DOI: 10.1016/j.celrep
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] CD4+ T cell lineage integrity is controlled by the histone deacetylases HDAC1 and HDAC2. (2014)
  • 著者名/発表者名: Boucheron N, Tschismarov R, Goeschl L, Moser M.A, Lagger S, Sakaguchi S, Winter M, Lenz F, Vitko D, Breitwieser FP, Müller L, Hassan H, Bennett K.L, Colinge J, Schreiner W, Egawa T, Taniuchi I, Matthias P, Seiser C and Ellmeier W.
  • 雑誌名: Nat. Immunol. 巻: 15 ページ: 439-48
  • DOI: 10.1038/ni.2864
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Cell fate determination in the thymus (2014)
  • 著者名/発表者名: Ichiro Taniuchi
  • 学会等名: The 43rd Annual Meeting of Japanese Society of Immunology
  • 発表場所: 京都
  • 年月日: 2014-12-11 – 2014-12-11
  • 招待講演
• [学会発表] Road to become CD4 helper T cells (2014)
  • 著者名/発表者名: Ichiro Taniuchi
  • 学会等名: Seminar at Duke University Medical Center, Department of Immunology
  • 発表場所: Durham, NC, USA
  • 年月日: 2014-11-13 – 2014-11-13
  • 招待講演
• [学会発表] Road to become CD4 helper T Cells (2014)
  • 著者名/発表者名: Ichiro Taniuchi
  • 学会等名: Seminar at Washington University in St. Louis, School of Medicine, Department of Pathology & Immunology
  • 発表場所: Saint Louis, MO, USA
  • 年月日: 2014-11-11 – 2014-11-11
  • 招待講演
• [学会発表] Transcriptional regulation of CD4/CD8 lineage choice: roles of Bcl11b and SATB1 (2014)
  • 著者名/発表者名: Ichiro Taniuchi
  • 学会等名: France - Japan Immunology meeting
  • 発表場所: Cassis, France
  • 年月日: 2014-10-23 – 2014-10-23
  • 招待講演
• [学会発表] Roles of Runx Transcription Factor Family During T Lymphocyte Development (2014)
  • 著者名/発表者名: Ichiro Taniuchi
  • 学会等名: SIgN Immunology Seminar
  • 発表場所: Singapore
  • 年月日: 2014-08-28 – 2014-08-28
  • 招待講演
• [学会発表] Transcriptional Control of Helper/Cytotoxic Lineage Choice in The Thymus (2014)
  • 著者名/発表者名: Ichiro Taniuchi
  • 学会等名: RIKEN IMS-JSI International Symposium on Immunology 2014
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2014-06-26 – 2014-06-26
  • 招待講演
• [学会発表] Regulation of CD4 helper versus Cd8 cytotoxic lineage choice by transcription factors (2014)
  • 著者名/発表者名: Ichiro Taniuchi
  • 学会等名: AIM Series Seminar
  • 発表場所: Pohang, Korea
  • 年月日: 2014-05-21 – 2014-05-21
  • 招待講演
• [学会発表] Regulation of local chromatin loop at the Thpok in the CD4/CD8 lineage decision (2014)
  • 著者名/発表者名: Ichiro Taniuchi
  • 学会等名: The 24th Kyoto T Cell Conference (KTCC 2014)
  • 発表場所: 京都
  • 年月日: 2014-05-16 – 2014-05-16
• [学会発表] Transcriptional conotrol of helper/cytotoxic lineage choice in the thymus (2014)
  • 著者名/発表者名: Ichiro Taniuchi
  • 学会等名: AAI Immunology 2014
  • 発表場所: Pittsburgh, Pennsylvania, USA
  • 年月日: 2014-05-05 – 2014-05-05
  • 招待講演
• [学会発表] Regulation of local chromatin loop at the Thpok in the CD4/CD8 lineage decision by Bcl11b and SATB1 (2014)
  • 著者名/発表者名: Ichiro Taniuchi
  • 学会等名: Gene Expression & Signaling in the Immune System
  • 発表場所: Cold Spring Harbor, NY, USA
  • 年月日: 2014-04-23 – 2014-04-23