雄性不妊及び発がん過程のクロマチン動態解析

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Dynamic chromatin structure and function
• Project/Area Number: 16H01319
• Research Institution: Chubu University
• Principal Investigator: 上田 潤 中部大学, 実験動物教育研究センター, 助教 (80450394)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: エピジェネティクス / ヒストンバリアント / 精子形成 / DNAのメチル化 / ヘテロクロマチン

Outline of Annual Research Achievements

本研究では「病態進行過程におけるクロマチン構造の動態変化」をキーワードに、二つのテーマを推進している。一つ目のテーマでは、マウスの精巣特異的ヒストンH3バリアントであるH3tに着目し、クロマチン構造が大規模に変動する精子形成過程においてH3tがどのような役割を担っているのかを明らかにすることを目的としている。これまでの解析から、H3tは未分化型精原細胞や精子幹細胞の維持には必要ないが、精原細胞が分化し、減数分裂に移行するために必要であることを明らかにした。また、早稲田大学の胡桃坂仁志教授のグループの解析によって、H3tを組み込んだヌクレオソームはcanonicalなH3であるH3.1を組み込んだヌクレオソームに比べて開いた構造を取っていることが結晶構造並びに生化学的解析によって明らかとなった。これらの結果は論文として発表した（Ueda, J., et al., Cell Reports, 2017）。現在はこの続きの仕事として、九州大学の大川恭行教授のグループとの共同研究によって、「精子幹細胞の分化誘導実験系を用いたヒストンH3バリアントのChIP-seq解析」を行っている。

二つ目のテーマでは、メチル化DNAを可視化したレポーターマウス「メチロー」を用いて、腫瘍形成過程にメチル化DNA及びヘテロクロマチン構造がどのように変動するかを解析している。メチローマウスと発がんモデルマウスを用いた解析から、特徴量として使えそうな候補指標がいくつかあることが明らかとなった。平成28年度は、中部大学の岩本隆司教授、岩堀祐之教授との共同研究によって、腫瘍切片のヘマトキシリン・エオシン染色（明視野）画像から細胞核を抽出する方法の開発を行った（Tsukada, Y., et al., Submitted）。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

H3tの機能解明までは到達していないが、途中経過として論文発表を行うことができた。また、機能解明に繋がりそうな共同研究が始まっていることから、このような自己評価とした。

Strategy for Future Research Activity

【テーマ1．精巣特異的ヒストンH3バリアント、H3tの精子形成過程での役割の解明】平成29年度は、九州大学の大川恭行教授のグループとの共同研究によって、「精子幹細胞の分化誘導実験系を用いたヒストンH3バリアントのChIP-seq解析」を継続して行う。
H3tの論文発表後、海外から共同研究の依頼があり、共同研究をスタートした。今後はH3t特異的なヒストン・コードが存在するか否かを明らかにしていくことで、H3tが精子形成過程においてどのような役割を果たしているかを明らかにしていきたいと考えている。このことを実現するために、精巣組織からH3tをプルダウンした後にプロテオーム解析を行うことを計画している。精巣組織からのH3t複合体の精製及びプロテオーム解析については、基礎生物学研究所の中山潤一教授のグループと共同で進めることを予定している。最終的に、H3tがどのように精子形成過程に寄与しているのか、その分子メカニズムを明らかにしたいと考えている。

【テーマ2．メチローマウスを用いた発がん過程でのヘテロクロマチン構造変化の動態解析】平成28年度は、中部大学の岩本隆司教授、岩堀祐之教授との共同研究によって、腫瘍切片のヘマトキシリン・エオシン染色（明視野）画像から細胞核を抽出する方法の開発を行った（Tsukada, Y., et al., Submitted）。今後は、明視野画像から抽出した細胞核からがん細胞に特有の核内構造の特徴量を抽出し、非腫瘍と腫瘍を区別するための方法（診断法）を開発することを計画している。また、メチローマウスと発がんモデルマウスを用いた解析から、特徴量として使えそうな候補指標がいくつか見付かったので、それらが明視野画像でも有効であるかを検証する。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Cancer Science Institute of Singapore/National University of Singapore(シンガポール)
  • Country Name: SINGAPORE
  • Counterpart Institution: Cancer Science Institute of Singapore/National University of Singapore
• [Journal Article] Testis-Specific Histone Variant H3t is Essential for Entry into Spermatogenesis. (2017)
  • Author(s): Ueda J, Harada A, Urahama T, Machida S, Maehara K, Hada M, Makino Y, Nogami J, Horikoshi N, Osakabe A, Taguchi H, Tanaka H, Tachiwana H, Yao T, Yamada M, Iwamoto T, Isotani A, Ikawa M, Tachibana T, Okada Y, Kimura H, Ohkawa Y, Kurumizaka H, Yamagata K.
  • Journal Title: Cell Reports Volume: 18 Pages: 593-600
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2016.12.065.
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Usp7-dependent histone H3 deubiquitylation regulates maintenance of DNA methylation. (2017)
  • Author(s): Yamaguchi L, Nishiyama A, Misaki T, Johmura Y, Ueda J, Arita K, Nagao K, Obuse C, Nakanishi M.
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 55 Pages: -
  • DOI: 10.1038/s41598-017-00136-5.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] A Genetically Encoded Probe for Live-Cell Imaging of H4K20 Monomethylation. (2016)
  • Author(s): Sato Y, Kujirai T, Arai R, Asakawa H, Ohtsuki C, Horikoshi N, Yamagata K, Ueda J, Nagase T, Haraguchi T, Hiraoka Y, Kimura A, Kurumizaka H, Kimura H.
  • Journal Title: Journal of Molecular Biology Volume: 428 Pages: 3885-3902
  • DOI: 10.1016/j.jmb.2016.08.010.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] CNN特徴量を利用した明視野画像からの細胞核抽出 (2017)
  • Author(s): 塚田裕也，岩堀祐之，舟橋健司，上田潤，岩本隆司
  • Organizer: 第42回東海ファジィ研究会in日間賀島（ヒマ研2017）
  • Place of Presentation: 日間賀島公民館，愛知県，南知多町
  • Year and Date: 2017-02-19 – 2017-02-20
• [Presentation] メチローマウス由来単一ES細胞におけるメチル化DNA動態の動的観察法の開発 (2016)
  • Author(s): 穂井田謙介，上田潤，財田大地，山田健，野老美紀子，細井美彦，山縣 一夫
  • Organizer: 第39回日本分生生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜，神奈川県，横浜市
  • Year and Date: 2016-11-30 – 2016-12-02
• [Presentation] クロマチンリモデリング因子Chd2はマウスES細胞の分化能維持に必須である (2016)
  • Author(s): 仙波雄一郎，原田哲仁，前原一満，小田原淳，工藤健介，岩崎健史，沖真弥，目野主税，上田潤，山縣一夫，大川恭行
  • Organizer: 第39回日本分生生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜，神奈川県，横浜市
  • Year and Date: 2016-11-30 – 2016-12-02
• [Presentation] Hypoxia Mediated Epigenetics and Their Function in the Cell Survival Response of Cancer Cells (2016)
  • Author(s): Lee, K.L., Ho, J.C., Ueda, J., Kitajima, S., Sun, W., Jia, Y., Chia, G.S., Zaiden, N., Yit, L.Y., Leong, Y.S., Tham, C.F.Y., Han, J., Pang, Q.Y., Fukuhara, N., Oba, H., Yang, H., Kato, H., and Poellinger, L.
  • Organizer: 第14回がんとハイポキシア研究会
  • Place of Presentation: 岐阜グランドホテル，岐阜県，岐阜市
  • Year and Date: 2016-11-04 – 2016-11-05
• [Presentation] Hypoxia Mediates Tumourigenesis via the H3K9 Epigenetic Regulators G9A and JMJD1A. (2016)
  • Author(s): Ho, J.C., Ueda, J., Lee, K.L., and Poellinger, L.
  • Organizer: 第14回がんとハイポキシア研究会
  • Place of Presentation: 岐阜グランドホテル，岐阜県，岐阜市
  • Year and Date: 2016-11-04 – 2016-11-05
• [Presentation] Direct acquisition of genome-wide epigenetic information along intact chromatin fibers of individual chromosomes isolated from single mammalian cells. (2016)
  • Author(s): Takahashi, T., Okeyo, K.O., Washizu, M., Ueda, J., and Oana, H.
  • Organizer: The 20th International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences
  • Place of Presentation: Dublin, Ireland
  • Year and Date: 2016-10-09 – 2016-10-13
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Direct Observation of Epigenetic Modifications along Intact Chromatin Fibers of Individual Chromosomes Isolated from Single Cells in a Microfluidic Channel. (2016)
  • Author(s): Takahashi, T., Okeyo, K.O., Washizu, M., Ueda, J., and Oana, H.
  • Organizer: 2016 International Conference on Solid State Devices and Materials
  • Place of Presentation: つくば国際会議場，茨城県，つくば市
  • Year and Date: 2016-09-26 – 2016-09-29
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 動物細胞クロマチンファイバーに対する化学修飾および凝縮部の光マッピング (2016)
  • Author(s): 高橋智博，オケヨ ケネディ，鷲津正夫，上田潤，小穴英廣
  • Organizer: 化学とマイクロ・ナノシステム学会第34回研究会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ国際会議場，千葉県，千葉市
  • Year and Date: 2016-09-06 – 2016-09-07
• [Presentation] Testis-Specific Histone Variant H3t is Essential for Entry into Spermatogenesis. (2016)
  • Author(s): Ueda, J., Harada, A., Urahama, T., Machida, S., Maehara, K., Horikoshi, N., Osakabe, A., Taguchi, H., Tanaka, H., Tachiwana, H., Yao, T., Isotani, A., Ikawa, M., Tachibana, T., Kimura, H., Ohkawa, Y., Kurumizaka, H., and Yamagata, K.
  • Organizer: Cold Spring Harbor Asia ‘Chromatin, Epigenetics and Transcription’
  • Place of Presentation: Suzhou, China
  • Year and Date: 2016-05-09 – 2016-05-13
  • Int'l Joint Research
• [Remarks]
  • URL: http://researchmap.jp/wiz/?lang=english