クロマチン組成が規定する骨格筋分化制御機構の解明

2017 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17H03608
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 大川 恭行 九州大学, 生体防御医学研究所, 教授 (80448430)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: エピゲノム / クロマチン構造 / 細胞分化

Outline of Annual Research Achievements

DNAとヒストンの複合体であるヌクレオソームが連なって形成されるクロマチン構造は，ヒストンの翻訳後修飾やヒストンバリアント(ヒストン亜種)の取り込みによる動的な構造変換によって転写因子のプロモーター領域への結合を規定し，分化や発生の局面に応じたゲノム情報の取捨選択，つまり選択的な遺伝子発現の足場となっている．ヒストンの翻訳後修飾が活発に研究されている一方で，ヒストンバリアントの選択機序は未だ明らかとなっていない．我々は2015年に，コンピュータを用いた新規手法により未知ヒストンバリアント遺伝子の網羅的探索に成功し，マウスゲノムに存在する未知のヒストンH3様のバリアント遺伝子を14種同定した．以降，新たに同定したヒストンH3バリアントが構成するクロマチン構造が，遺伝子発現をどのように制御しているのか解明を進めている．本年度は骨格筋幹細胞特異的なヒストンH3mm7について解析を行った．1細胞RNAseq技術を用いた解析によりH3mm7は静止期骨格筋サテライト細胞に発現し分化に伴い発現が低下することを発見した．そこで,H3mm7ノックアウトマウスを作出し，その表現型を解析したところ骨格筋再生不全を示した．そこで，H3mm7の機能を解析するため各種エピゲノム解析を行った結果,H3mm7は活性化クロマチン構造形成，とくに弛緩したクロマチン構造形成に寄与していることが明らかとなった．X線結晶構造解析の結果，この弛緩したクロマチン構造は不安定なヌクレオソームの構造に起因していた．これらの結果から,H3mm7は骨格筋再生過程において,特定の時期に発現し機能するヒストンであると考えられた(Harada A et al., Nature Communications,2018)．

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

既に当初予定のH3mm7を含めた解析を終え、論文発表を終えており(Nat Commun 2018)当初の計画以上に進展している。

Strategy for Future Research Activity

当初計画には想定されていなかった他の未知ヒストン亜種についても解析を進めて、包括的なクロマチン組成の理解を目指す。

Research Products

• [Journal Article] Identification of miR-305, a microRNA that promotes aging, and its target mRNAs in Drosophila (2018)
  • Author(s): Ueda Makiko、Sato Tetsuya、Ohkawa Yasuyuki、Inoue Yoshihiro H.
  • Journal Title: Genes to Cells Volume: 23 Pages: 80～93
  • DOI: 10.1111/gtc.12555
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Histone H3.3 sub-variant H3mm7 is required for normal skeletal muscle regeneration (2018)
  • Author(s): Harada Akihito、Maehara Kazumitsu、Ono Yusuke、Taguchi Hiroyuki、Yoshioka Kiyoshi、Kitajima Yasuo、Xie Yan、Sato Yuko、Iwasaki Takeshi、Nogami Jumpei、Okada Seiji、Komatsu Tetsuro、Semba Yuichiro、Takemoto Tatsuya、Kimura Hiroshi、Kurumizaka Hitoshi、Ohkawa Yasuyuki
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 9 Pages: -
  • DOI: 10.1038/s41467-018-03845-1
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Sensitive detection of fluorescence in western blotting by merging images (2018)
  • Author(s): Kondo Yukari、Higa Shinichiro、Iwasaki Takeshi、Matsumoto Tomoya、Maehara Kazumitsu、Harada Akihito、Baba Yoshihiro、Fujita Masatoshi、Ohkawa Yasuyuki
  • Journal Title: PLOS ONE Volume: 13 Pages: 0191532～0191532
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0191532
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Cryo-EM structure of the nucleosome containing the ALB1 enhancer DNA sequence (2018)
  • Author(s): Takizawa Yoshimasa、Tanaka Hiroki、Machida Shinichi、Koyama Masako、Maehara Kazumitsu、Ohkawa Yasuyuki、Wade Paul A.、Wolf Matthias、Kurumizaka Hitoshi
  • Journal Title: Open Biology Volume: 8 Pages: 170255～170255
  • DOI: 10.1098/rsob.170255
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Temporal regulation of chromatin during myoblast differentiation (2017)
  • Author(s): Harada Akihito、Ohkawa Yasuyuki、Imbalzano Anthony N.
  • Journal Title: Seminars in Cell & Developmental Biology Volume: 72 Pages: 77～86
  • DOI: 10.1016/j.semcdb.2017.10.022
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Roles of histone H3.5 in human spermatogenesis and spermatogenic disorders (2017)
  • Author(s): Shiraishi K.、Shindo A.、Harada A.、Kurumizaka H.、Kimura H.、Ohkawa Y.、Matsuyama H.
  • Journal Title: Andrology Volume: 6 Pages: 158～165
  • DOI: 10.1111/andr.12438
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Ser7 of RNAPII-CTD facilitates heterochromatin formation by linking ncRNA to RNAi (2017)
  • Author(s): Kajitani Takuya、Kato Hiroaki、Chikashige Yuji、Tsutsumi Chihiro、Hiraoka Yasushi、Kimura Hiroshi、Ohkawa Yasuyuki、Obuse Chikashi、Hermand Damien、Murakami Yota
  • Journal Title: Proceedings of the National Academy of Sciences Volume: 114 Pages: E11208～E11217
  • DOI: 10.1073/pnas.1714579115
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Histone methyltransferase G9a is a key regulator of the starvation-induced behaviors in Drosophila melanogaster (2017)
  • Author(s): Shimaji Kouhei、Tanaka Ryo、Maeda Toru、Ozaki Mamiko、Yoshida Hideki、Ohkawa Yasuyuki、Sato Tetsuya、Suyama Mikita、Yamaguchi Masamitsu
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 7 Pages: 14763
  • DOI: 10.1038/s41598-017-15344-2
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The novel heme-dependent inducible protein, SRRD regulates heme biosynthesis and circadian rhythms (2017)
  • Author(s): Adachi Yuka、Umeda Mana、Kawazoe Asako、Sato Tetsuya、Ohkawa Yasuyuki、Kitajima Sakihito、Izawa Shingo、Sagami Ikuko、Taketani Shigeru
  • Journal Title: Archives of Biochemistry and Biophysics Volume: 631 Pages: 19～29
  • DOI: 10.1016/j.abb.2017.08.006
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Biochemical and immunological characterization of a novel monoclonal antibody against mouseleukotriene B4 receptor 1. (2017)
  • Author(s): Sasaki F, Koga T, Saeki K, Okuno T, Kazuno S, Fujimura T, Ohkawa Y, Yokomizo T.
  • Journal Title: PLoS One. Volume: 12 Pages: e0185133
  • DOI: doi: 10.1371/journal.pone.0185133
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The requirement of Mettl3-promoted MyoD mRNA maintenance in proliferative myoblasts for skeletal muscle differentiation (2017)
  • Author(s): Kudou Kensuke、Komatsu Tetsuro、Nogami Jumpei、Maehara Kazumitsu、Harada Akihito、Saeki Hiroshi、Oki Eiji、Maehara Yoshihiko、Ohkawa Yasuyuki
  • Journal Title: Open Biology Volume: 7 Pages: 170119～170119
  • DOI: 10.1098/rsob.170119
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Evolution of the sperm methylome of primates is associated with retrotransposon insertions and genome instability (2017)
  • Author(s): Fukuda Kei、Inoguchi Yukihiro、Ichiyanagi Kenji、Ichiyanagi Tomoko、Go Yasuhiro、Nagano Masashi、Yanagawa Yojiro、Takaesu Noboru、Ohkawa Yasuyuki、Imai Hiroo、Sasaki Hiroyuki
  • Journal Title: Human Molecular Genetics Volume: 26 Pages: 3508～3519
  • DOI: 10.1093/hmg/ddx236
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Persistent detection of alternatively spliced BCR-ABL variant results in a failure to achieve deep molecular response (2017)
  • Author(s): Yuda Junichiro、Miyamoto Toshihiro、Odawara Jun、Ohkawa Yasuyuki、Semba Yuichiro、Hayashi Masayasu、Miyamura Koichi、Tanimoto Mitsune、Yamamoto Kazuhito、Taniwaki Masafumi、Akashi Koichi
  • Journal Title: Cancer Science Volume: 108 Pages: 2204～2212
  • DOI: 10.1111/cas.13353
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Interaction of reactive astrocytes with type I collagen induces astrocytic scar formation through the integrin?N-cadherin pathway after spinal cord injury (2017)
  • Author(s): Hara Masamitsu、Kobayakawa Kazu、Ohkawa Yasuyuki、Kumamaru Hiromi、Yokota Kazuya、Saito Takeyuki、Kijima Ken、Yoshizaki Shingo、Harimaya Katsumi、Nakashima Yasuharu、Okada Seiji
  • Journal Title: Nature Medicine Volume: 23 Pages: 818～828
  • DOI: 10.1038/nm.4354
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Chd2 regulates chromatin for proper gene expression toward differentiation in mouse embryonic stem cells (2017)
  • Author(s): Semba Yuichiro、Harada Akihito、Maehara Kazumitsu、Oki Shinya、Meno Chikara、Ueda Jun、Yamagata Kazuo、Suzuki Atsushi、Onimaru Mitsuho、Nogami Jumpei、Okada Seiji、Akashi Koichi、Ohkawa Yasuyuki
  • Journal Title: Nucleic Acids Research Volume: 45 Pages: 8758～8772
  • DOI: 10.1093/nar/gkx475
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] GWAS of clinically defined gout and subtypes identifies multiple susceptibility loci that include urate transporter genes (2017)
  • Author(s): 14.Nakayama A, Nakaoka H, Yamamoto K, Sakiyama M, Shaukat A, Toyoda Y, Okada Y, Kamatani Y, Nakamura T, Takada T , Inoue K, Yasujima T, Yuasa H, Shirahama Y, Nakashima H, Shimizu S, Higashino T, Kawamura Y, Ogata H, Kawaguchi M, Ohkawa Y,他25名, Matsuo H.
  • Journal Title: Annals of the Rheumatic Diseases Volume: 76 Pages: 869～877
  • DOI: 10.1136/annrheumdis-2016-209632
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Crystal Structure and Characterization of Novel Human Histone H3 Variants, H3.6, H3.7, and H3.8 (2017)
  • Author(s): Taguchi Hiroyuki、Xie Yan、Horikoshi Naoki、Maehara Kazumitsu、Harada Akihito、Nogami Jumpei、Sato Koichi、Arimura Yasuhiro、Osakabe Akihisa、Kujirai Tomoya、Iwasaki Takeshi、Semba Yuichiro、Tachibana Taro、Kimura Hiroshi、Ohkawa Yasuyuki、Kurumizaka Hitoshi
  • Journal Title: Biochemistry Volume: 56 Pages: 2184～2196
  • DOI: 10.1021/acs.biochem.6b01098
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Thymine DNA glycosylase modulates DNA damage response and gene expression by base excision repair-dependent and independent mechanisms (2017)
  • Author(s): Nakamura Tomohumi、Murakami Kouichi、Tada Haruto、Uehara Yoshihiko、Nogami Jumpei、Maehara Kazumitsu、Ohkawa Yasuyuki、Saitoh Hisato、Nishitani Hideo、Ono Tetsuya、Nishi Ryotaro、Yokoi Masayuki、Sakai Wataru、Sugasawa Kaoru
  • Journal Title: Genes to Cells Volume: 22 Pages: 392～405
  • DOI: 10.1111/gtc.12481
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Crystal structure of the overlapping dinucleosome composed of hexasome and octasome (2017)
  • Author(s): Kato Daiki、Osakabe Akihisa、Arimura Yasuhiro、Mizukami Yuka、Horikoshi Naoki、Saikusa Kazumi、Akashi Satoko、Nishimura Yoshifumi、Park Sam-Yong、Nogami Jumpei、Maehara Kazumitsu、Ohkawa Yasuyuki、Matsumoto Atsushi、Kono Hidetoshi、Inoue Rintaro、Sugiyama Masaaki、Kurumizaka Hitoshi
  • Journal Title: Science Volume: 356 Pages: 205～208
  • DOI: 10.1126/science.aak9867
• [Presentation] ChILT- an Epigenomic Profiling for Single Cell Analysis (2018)
  • Author(s): 大川恭行
  • Organizer: CDBシンポジウム2018
  • Invited
• [Presentation] ヒストンH3の選択による細胞分化制御機構 ～トランスクリプトミクスによるアプローチ～ (2018)
  • Author(s): 大川恭行
  • Organizer: よこはまNMR研究会
  • Invited
• [Presentation] ヒストンH3の選択による細胞分化制御機構～トランスクリプトミクスによるアプローチ～ (2018)
  • Author(s): 大川恭行
  • Organizer: 群馬大学生調研セミナー
  • Invited
• [Presentation] 骨格筋再生を制御するゲノムワイドな遺伝子制御機構～ヒストンの組成変化が拓く新たなエピゲノム制御～ (2018)
  • Author(s): 大川恭行
  • Organizer: PROS学術シンポジウム
  • Invited
• [Presentation] 1細胞エピゲノム解析技術の開発 (2018)
  • Author(s): 大川恭行
  • Organizer: 日本がん分子標的治療学会TRワークショップ
  • Invited
• [Presentation] ゲノムから遺伝子が選ばれる仕組み (2018)
  • Author(s): 大川恭行
  • Organizer: クロマチン一般公開シンポジウム
  • Invited
• [Presentation] ヒストンバリアントによる細胞運命決定機構 (2017)
  • Author(s): 大川恭行
  • Organizer: 京都大学 学術講演会
  • Invited
• [Presentation] ヒストンH3バリアントで制御される組織特異的構造 Tissue-specific Chromatin Structures regulated by Histone H3 Variants (2017)
  • Author(s): 大川恭行
  • Organizer: 2017年度生命科学系学会合同年次大会
• [Presentation] ChILT - an immunoprecipitation-free epigenome profiling technology (2017)
  • Author(s): 大川恭行
  • Organizer: 第12回研究所ネットワーク国際シンポジウム
• [Presentation] Tissue-specific Chromatin Structures According to Histone H3 Variants (2017)
  • Author(s): 大川恭行
  • Organizer: 研究セミナー
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] ヒストンバリアントによる組織特異的クロマチン構造の形成 (2017)
  • Author(s): 大川恭行
  • Organizer: 日本遺伝学会第89回大会
  • Invited
• [Presentation] Myogenic chromatin structure is formed with the novel histone H3 variant. (2017)
  • Author(s): 大川恭行
  • Organizer: EMBO Workshop Histone Vriants
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ChILT - an Immunoprecipitation-free Epigenome Profiling Technology. (2017)
  • Author(s): 大川恭行
  • Organizer: 1st Munchen-Japan Mini Symposium
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 骨格筋再生の核内プログラム～トランスクリプトミクス解析の新たな展開～ (2017)
  • Author(s): 大川恭行
  • Organizer: 運動器科学研究会
  • Invited
• [Presentation] Tissue‐specific Chromatin Structures According to Histone H3 Variants (2017)
  • Author(s): 大川恭行
  • Organizer: 第12回国際ゲノム会議
  • Invited
• [Presentation] Myogenic Chromatin Structure Is Formed with the Histone H3 Variant H3mm7 (2017)
  • Author(s): 大川恭行
  • Organizer: Gordon Research Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ChiLT-an Immunoprecipitation-free Epigenome Profiling Technology (2017)
  • Author(s): 大川恭行
  • Organizer: Single Cell Omics (E3)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ヒストンH3バリアントによる骨格筋特異的クロマチン構造制御 (2017)
  • Author(s): 大川恭行
  • Organizer: 第11回日本エピジェネティクス研究会年会
• [Remarks] Ohkawa lab
  • URL: http://tx.bioreg.kyushu-u.ac.jp/
• [Patent(Industrial Property Rights)] DNA結合タンパク質の結合領域の近傍に所望のDNA断片を挿入する方法 (2017)
  • Inventor(s): 大川恭行,原田哲仁,胡桃坂仁志,木村宏,半田哲也,他2名
  • Industrial Property Rights Holder: 大川恭行,原田哲仁,胡桃坂仁志,木村宏,半田哲也,他2名
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: PCT/JP2017/019309
  • Overseas