【研究領域課題番号】22H02301 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

エピジェネティクス / 酵母 / クロマチン

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2022-04-01 - 2025-03-31

【配分額】17,680千円 (直接経費: 13,600千円、間接経費: 4,080千円)

【研究領域課題番号】22K06185 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

クロマチン / ヌクレオソーム / ヒストン / 転写 / エピジェネティクス

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2022-04-01 - 2025-03-31

【配分額】4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)

【研究領域課題番号】22K06180 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

エピジェネティクス / DNAメチル化 / クロマチン / 植物 / ゲノム

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2022-04-01 - 2025-03-31

【配分額】4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)

【研究領域課題番号】20H02591 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

マイクロ流体デバイス / エピゲノム / クロマチン / 染色体 / 1細胞解析 / エピジェネティクス

【研究成果の概要】

溶液の塩濃度を生理的塩濃度よりも少し高くすると、静電相互作用が弱められた結果、染色体を構成しているタンパクの一部が解離をはじめ、染色体が穏やかに解きほぐれてくることが知られている。本研究課題においては、この染色体が穏やかに解きほぐれた際に観察される、クロマチンファイバーに沿った凝縮/脱凝縮部分の分布及びその動態とヒストンタンパクの化学修飾の分布との相関を1細胞・1分子レベルで解析する手法を新奇マイクロ流体デバイス開発を通じて実現する事を目指している。
本年度は、昨年度に引き続き、解きほぐした染色体に張力が均一な直線状の形態を取らせるための、微小構造を持つマイクロ流体デバイスの開発・改良に取り組んだ。クロマチンファイバー（解きほぐした染色体）の両端を抗体修飾マイクロビーズを介して微小構造へ固定した後、溶液条件の変更などによりクロマチンファイバーが更に解きほぐされ、撓んだ形態となったときに、改めてクロマチンファイバーを直線状形態にすることができるよう、マイクロ流路中に微小構造を複数個配置し、それらの微小構造への固定を可逆的にできるようにした。ここで、クロマチンファイバー及びクロマチンファイバーを捕捉しているマイクロビーズが微小構造へ吸着してしまうという問題が生じたため、マイクロ流路内を中性高分子でコーティングする方法を開発した。これにより、クロマチンファイバー及びクロマチンファイバーを捕捉しているマイクロビーズが微小構造へ吸着する現象を抑えることができた。
また、染色体をマイクロ流路内で操作するために用いている光ピンセットシステムを改良し、クロマチンファイバーにかかっている力を計測できるようにした。これにより、クロマチンファイバーの伸びと張力との関係を調べることを達成した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2020-04-01 - 2023-03-31

【配分額】18,070千円 (直接経費: 13,900千円、間接経費: 4,170千円)

【研究領域課題番号】20K06484 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

クロマチン / エピジェネティクス / ライブイメージング / 長鎖ノンコーディングRNA / X染色体不活性化 / Xist / XCI / RNA / Live cell imaging / Chromatin

【研究成果の概要】

2021年度は、X染色体上の遺伝子領域について、クロマチン動態と遺伝子発現の関係に注目して研究を進めた。我々はこれまで、マウスX染色体特異的に存在する反復配列を見出し、この配列を標的とするgRNAと、蛍光タンパク質融合型dCas9(ヌクレアーゼ活性を欠損させたCas9)を発現させることで、X染色体上の遺伝子領域を可視化する系を構築している（Tjalsma S. et al. EMBO Rep 2021）。
本研究では、不活性X染色体をもつマウス胚性がん細胞MC12に、① Xist遺伝子近傍（3.5 kb下流）、② Dxz4遺伝子近傍、③ セントロメア近傍に対するgRNAと、ｄCas9-Haloを発現させて各遺伝子領域を生細胞内で可視化し、生細胞内動態（Mean square displacement: MSD）の計測を行った。gRNA/dCas9-Haloのシグナルは、それぞれの標的に対して細胞核内で2か所にfociとして観察され、同時に発現させたH3K27me3-mintbody（またはH4K20me1-mintbody）のシグナルと重なっているか否かにより、不活性X染色体上の遺伝子領域かどうかを判断した。約56ミリ秒間隔でgRNA/dCas9-Haloのタイムラプス観察を行い、fociの軌跡を解析することで、MSDを求め、時間間隔に対する変化をプロットした。フィッティングにより拡散係数と指数因子を求めたところ、3か所の遺伝子領域はいずれも不活性X染色体上では、動きがより拘束されていることが分かった。転写阻害薬triptolideを添加した場合は、不活性X染色体上のXist遺伝子近傍領域が動きやすくなったことから、Xist遺伝子の転写により動きが拘束されていることが示唆された。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2020-04-01 - 2023-03-31

【配分額】4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)

【研究領域課題番号】20H03179 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

神経幹細胞 / クロマチン / エピジェネティクス / Hi-C / エンハンサー / Hmga2 / 転写因子 / 増殖期 / ニューロン分化期

【研究成果の概要】

本年度は、unbiased screeningにより神経幹細胞の運命転換を司る新規因子の探索を行なった。
増殖期とニューロン分化期、そしてグリア分化期の神経幹細胞を採取し、RNA-seqにて遺伝子発現パターンを、またクロマチン相互作用や、エピジェネティクス状態をCUT&TagとATAC-seqにて調べた。Hi-Cの結果を用いて神経幹細胞の時期依存的に発現が変化する遺伝子のプロモーター領域と相互作用する領域を網羅的に調べたところ、その領域はエンハンサーの指標のヒストン修飾が有意に変化していた。この結果から、神経幹細胞の運命転換に関わる新規エンハンサーが同定できた可能性がある。
さらにその領域に対してモチーフ解析を実施したところ、様々な転写因子の結合モチーフが得られた。これらの転写因子が神経幹細胞の運命転換を担う新規因子である可能性がある。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2020-04-01 - 2023-03-31

【配分額】17,680千円 (直接経費: 13,600千円、間接経費: 4,080千円)

【研究領域課題番号】20H00489 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

触媒 / エピジェネティクス / アミロイド / クロマチン / アルツハイマー病 / タンパク質修飾 / ヒストン / アセチル化

【研究成果の概要】

生命の化学反応ネットワークに介入し、生体環境下においてタンパク質の化学構造と機能を人為的かつ思い通りに変換する化学触媒の創製を目的とする。化学触媒がタンパク質翻訳後修飾を担う酵素の機能を代替・拡張することで、新たな生物学研究ツールの創出や疾患治療概念の開拓を目指す。特に、生細胞内や動物個体内において、１）染色体エピジェネティクスへ人為的に介入する化学触媒と、２）タンパク質の質保証システムへ人為的に介入する化学触媒、の二つを開発する。従来はフラスコの中で使われてきた化学触媒の反応性と選択性の双方を飛躍的に向上させることが、この二つの開発目標を達成するための共通基盤となる。本研究の遂行により、遺伝子コード拡張や遺伝子編集技術と相補的に、生命現象の最上流から下流までを人為的に操作して生命機能を改善することが可能となり、化学および生命科学の基礎・応用分野に対して、極めて広範で高い波及効果を及ぼす。
本年度は、試験管内でヌクレオソームを構成するヒストンタンパク質に対して、極めて高い収率で広範にリジンN-アシル化反応を進行する化学触媒系を確立した。この触媒系では、オリゴDMAPを触媒として用いる。オリゴDMAPは水系溶媒の生物適合環境下において正電荷に帯電しているため、ポリアニオンであるDNAと静電相互作用をおこして、ヌクレオソームに集積する。ここにアセチル化剤として酢酸フェニルエステル誘導体を加えると、プロトン化されたリジン残基を含む三成分複合遷移状態を経て、アセチル化反応が大幅に加速された。得られたアセチル化ヌクレオソームは、有用な生化学ツールになることを示した。この化学触媒系を発展させて、生細胞内でも進行する触媒系の構築が進行中である。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2020-04-01 - 2024-03-31

【配分額】45,500千円 (直接経費: 35,000千円、間接経費: 10,500千円)

【研究領域課題番号】19K23714 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

クロマチン / 非コードRNA / 転写制御 / ヌクレオソーム / エピジェネティクス

【研究成果の概要】

真核生物のゲノムDNAはクロマチン構造を形成して核内に収納されている。本研究では、非コードRNAがクロマチン上の転写を制御する機構の解明を目的とした。そこで、非コードRNAが引き起こすヌクレオソーム構造の変化および非コードRNAによるRNAポリメラーゼIIの転写活性への影響を構造生物学的および生化学的解析を行った。その結果として、非コードRNAがヌクレオソームの安定性を変化させることを明らかにした。また、非コードRNAがヌクレオソーム上での転写活性や転写中のヌクレオソーム構造に影響を及ぼす可能性を見出した。

【研究種目】研究活動スタート支援

【研究期間】2019-08-30 - 2021-03-31

【配分額】2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)

【研究領域課題番号】19K21177 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

クロマチン / DEK / 癌 / ヌクレオソーム / エピジェネティクス / クライオ電子顕微鏡 / X線結晶構造解析

【研究成果の概要】

遺伝情報の担体であるゲノムDNAは、クロマチン構造をとって細胞核内に収納されている。クロマチン構成因子であり、がん遺伝子であるDEKは、クロマチン構造に作用することで、転写、スプライシング、DNA修復などの多様な核内プロセスに関与し、クロマチンの恒常性を担保すると考えられている。そこで本研究では、DEKが形成するクロマチン構造を解明することを目的とし、DEK-クロマチン複合体を試験管内において再構成し、構造生物学的、生化学的解析を行った。研究の結果、DEK-クロマチン複合体の立体構造を決定し、DEKによる特徴的なクロマチン構造制御機構が明らかになった。

【研究の社会的意義】

クロマチンは、多様な構造変化を介して転写や、複製、DNA修復などの広範な核内プロセスを制御することで、発生、老化、癌化などの複雑な生命現象を実現する。しかしながら、クロマチンがどのように構造変換されるのかについては未だ不明な点が多い。本研究では、クロマチンに結合するがん遺伝子DEKによるクロマチン制御機構の一端を解明した。本知見は、核内におけるクロマチン制御機構の知識を深化するものであり、多様な核内プロセスが調節されるメカニズムを考える一助となる。また、癌におけるDEKの作用機序と、癌に対する創薬への知見を提供する。

【研究種目】研究活動スタート支援

【研究期間】2019-04-01 - 2020-03-31

【配分額】2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)

【研究領域課題番号】19K22245 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

化学合成 / クロマチン / DNA / ヒストン / ペプチド / ヌクレオソーム / エピジェネティクス / ライゲーション / 染色体 / 蛍光標識

【研究成果の概要】

（1）ミニ染色体モデルの化学合成…連結するDNAユニットの合成まで完成した。DNAユニット2種類あり、各々Widom601DNA配列を含めた。ユニットの末端は突出末端になっており、制限酵素に対応した配列を有する。
（2）ミニ染色体モデルに含まれる機能性ヒストンの化学合成…大気中でも安定な有機ルテニウム触媒を用いて、ワンポットで複数のペプチドを連結する方法を開発した。有機ルテニウム触媒は、従来のパラジウム錯体に比べて50倍以上の活性を示した。この有機ルテニウム触媒を用いて、リン酸化、ユビキチン化、シトルリン化、アセチル化などの部位特異的な翻訳後修飾を有するヘテロクロマチン因子を合成した。

【研究の社会的意義】

ミニ染色体モデルを創出する方法を確立することに意義がある。任意の配列を含む染色体構造を人工的に作ることはまだ可能になっていない。この方法が確立できれば、簡便に目的の配列や人工的な機能性修飾を含むミニ染色体モデルを獲得することが可能になり、飛躍的に染色体機能研究が進むと考えられる。また、ミニ染色体モデルを創出することにより、細胞内DNA本来の構造や反応に関わる情報を獲得できるようになる。

【研究種目】挑戦的研究(萌芽)

【研究期間】2019-06-28 - 2021-03-31

【配分額】6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)

【研究領域課題番号】19K06616 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

クロマチン / 生殖細胞 / エピジェネティクス / DNAメチル化 / ゴノサイト / 核サイズ / トランスポゾン / FISH

【研究成果の概要】

生殖細胞は次世代に受け継がれる遺伝情報が格納された運搬体であり、その質的維持は種の存続に必須の働きを持つ。雄の生殖能の維持には精子幹細胞が重要な働きを持つことが知られているが、その精子幹細胞がどのような過程を経て分化しているかに関しては不明な点が多い。精子幹細胞の前駆細胞はゴノサイトと呼ばれ、この細胞ではクロマチンがダイナミックに変化することを本研究で見出してきた。さらに、ゴノサイトクロマチンの特異なダイナミクスに関与が疑われる因子群を抽出し、Morc1遺伝子に着目した。Morc1変異体個体を用いた解析からゴノサイトクロマチン動態の異常が発見され、現在さらなる分子機構の解析を行っている。

【研究の社会的意義】

無精子症は男性不妊症の原因の約10%を占める。精子の供給源となる「精子幹細胞」の機能不全は無精子症の一つの病因として挙げられる。マウスにおいて、雄性不稔の表現型を示す変異体は多数存在するが、その根本的な原因が理解されている例は少ない。それら変異体の中には、精子幹細胞からの分化ではなく、精子幹細胞になる過程に異常があるケースがある。さらに、生殖細胞がいかなる過程を経て精子幹細胞へと成熟するかに関する知見は極めて乏しい。本研究では、この前駆細胞でのクロマチン変化の解析を行い、その特異な振る舞いを明らかにした。今後、この前駆細胞で起きるイベントがどのように生殖能の維持に寄与するかを解明する。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2019-04-01 - 2022-03-31

【配分額】4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)

【研究領域課題番号】19H03259 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

イメージング / ヒストン修飾 / 再生 / エピジェネティクス / 転写活性化 / プライミング / クロマチン / エピジェネティックス / カルス

【研究成果の概要】

植物は再分化する時、遺伝子の発現を待機状態にする現象・エピジェネティクス・プライミングの分子メカニズムを明らかにすることができた。このエピジェネティクス・プライミングは、ヒストン脱メチル化酵素LYSINE-SPECIFIC DEMETHYLASE 1-LIKE 3（LDL3）により制御されることを明らかにした（Nature Commun., 2019）。また、RNAポリメラーゼ酵素（RNAPII）がリン酸化されて活性化することをライブイメージング解析する方法を開発した(Commun. Biol., 2021)。その結果、カルスの茎頂分裂組織において、RNAPIIが活性化することを検証できた。

【研究の社会的意義】

植物は切断しても器官を新たに再生できる非常に強力な再生能力を持つ。この再生能力のメカニズムは、将来、器官再生するために、あらかじめ遺伝子の発現のスイッチをONにする手前の待機状態にしていることがわかった。この待機状態の解明により、植物の強靭な再生力のメカニズムの一端が明らかになり、植物の生きざまの理解を促進した学術的意義がある。また、遺伝子の転写がONになった時を知るライブイメージング解析技術や、器官や組織のディープイメージングを可能にする透明化手法を開発することで、植物科学の研究推進することに貢献する技術開発を行った。同時に、これらの技術は、農作物の品種改良などの社会的貢献も期待される。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2019-04-01 - 2022-03-31

【配分額】17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円)

【研究領域課題番号】18H02164 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

細胞核 / クロマチン / ヒストンバリアント / アクチンファミリー / ヒストン / 核内アクチン / ヒストンバリアントH2A.Z / アクチン / エピジェネティクス / bicyclic peptide

【研究成果の概要】

ヒストンバリアントH2A.Zは、クロマチンに導入・排除されることで多くの遺伝子の転写制御に関わる。しかし，H2A.Z導入・排除のダイナミクスの制御機構は不明であった。H2A.Zノックアウト細胞および核内アクチンファミリー変異細胞を用いたクロマチン免疫沈降法などにより、核内アクチンファミリーがH2A.Z機能に関与することが示された。さらに、アクチンファミリーArp6, Arp8に特異的に結合する複数の二重環状ペプチド(bicyclic peptide)を細胞に導入し、H2A.Zの導入および排除の分子機構の一端を明らかにした。

【研究の社会的意義】

H2A/Zノックアウト細胞や、細胞核内アクチンファミリーに結合する二重環状ペプチドを用いた解析により、H2A.Zの導入や排除を行う複合体の機能メカニズムの一端を明らかにすることができた。この結果は、アクチンファミリーに結合する二重環状ペプチドによって、H2A.Zダイナミクスを介した人為的な遺伝子機能解析を行うことができる可能性を示唆しており、今後の農学・医学領域への応用も期待される。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2018-04-01 - 2021-03-31

【配分額】17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円)

【研究領域課題番号】18H03931 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ヌクレオソーム / DNA / クロマチン / ヒストン / パラジウム / ルテニウム / ペプチド / タンパク質化学合成 / エピジェネティクス / タンパク質合成 / 遺伝子制御 / 化学合成 / 合成化学 / 1細胞イメージング

【研究成果の概要】

（1）人工ヌクレオソームの化学的製造法の確立…有機金属錯体を用いた新たなペプチドライゲーション法を確立して、コアヒストン4種類（H2A, H2B, H3, H4）およびリンカーヒストンH1の合成を行った。
（2）スーパーヌクレオソームの創出…原子による細胞機能制御の本質を見抜くために、タンパク質修飾法を検討して、天然にはない機能を付与した「スーパーヌクレオソーム」を化学合成する方法を確立した。

【研究の社会的意義】

独自の化学合成の確立を通して、天然にはない標識や反応性官能基、複数の複雑な機能性ユニットをヒストン構造に入れることが可能になるので、機能解明を支援する創造的スーパーヌクレオソームを作成して未知のヌクレオソーム機能を明らかにすることができる。これによって、ヌクレオソーム内DNAへ働きかけることができる新たな抗がん剤設計などに利用することができる。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2018-04-01 - 2021-03-31

【配分額】44,200千円 (直接経費: 34,000千円、間接経費: 10,200千円)

【研究分野】遺伝・染色体動態

【研究領域課題番号】17KK0143 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

クロマチン / ZGA / ゼブラフィッシュ / ライブイメージング / HCR / RNA FISH / エピジェネティクス / 胚ゲノム活性化 / 胚性ゲノム活性化 / ヒストン修飾

【研究成果の概要】

ゼブラフィッシュ初期胚で発現する遺伝子について、128-512細胞期における各遺伝子領域の核内局在箇所をHybridization chain reaction（HCR）を用いて調べた。各遺伝子間の相対距離には特徴的な傾向はみられず、互いに核内にランダムに配置していることが示唆された。ジェネリア・リサーチキャンパス（アメリカ、バージニア州）を訪問し、ライトシート顕微鏡SiMViewを用いたライブ観察を行った。また、ウッズホール海洋生物学研究所（アメリカ、マサチューセッツ州）で開催されたdiSPIM workshopに参加し、ライトシート顕微鏡diSPIMの基本原理や操作法を習得した。

【研究の社会的意義】

初期発生過程における胚ゲノム活性化メカニズムは、未だ明らかでない部分が多く残されている。細胞核内のDNAはヒストンタンパク質と結合したヌクレオソームを基本単位として、クロマチンと呼ばれる高次構造を形成して機能的に収納されている。近年のクロマチン研究において、初期発生過程の転写活性化とクロマチン高次構造の制御に注目が集まっている。本研究成果は当該分野の新たな知見として重要な意義を持つことが期待される。

【研究種目】国際共同研究加速基金(国際共同研究強化)

【研究期間】2018 - 2020

【配分額】14,560千円 (直接経費: 11,200千円、間接経費: 3,360千円)

【研究領域課題番号】18H02392 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

DNAメチル化 / 複製因子 / ユビキチン化 / 構造生物学 / クロマチン / DNA複製 / UHRF1 / LIG1 / リン酸化 / 分子動力学計算 / DNA維持メチル化 / DNMT1 / ユビキチン / エピジェネティクス

【研究成果の概要】

DNAメチル化は同じゲノム情報を持つ細胞が固有の形や働きを獲得するための機構である。DNAメチル化は生涯を通して次世代の細胞に正確に受け継がれる。これにより細胞は正常に増殖する。本研究ではDNAメチル化が維持される仕組みの解明に取り組んだ。DNA維持メチル化で働くタンパク質UHRF1がDNA複製が起こっている場に呼び込まれる仕組みを解明した。さらに、DNA複製に関連するタンパク質がDNA維持メチル化に関与することを明らかにし、DNA複製と連携したDNA維持メチル化機構を発見した。そして、そこで働くタンパク質の動態を構造生物学研究で明らかにした。

【研究の社会的意義】

DNA維持メチル化は複雑な過程を経て正確に継承される。これにより細胞のがん化などが防がれる。このDNAメチル化が維持される新しい機構を本研究では発見したので、基礎生物学研究の発展とその理解に貢献した。また、がんの薬剤開発に向けた予備的な研究も開始し一定の結果も得られたので、今後の研究の進展により医薬開発などの産業面への波及も考えられる。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2018-04-01 - 2021-03-31

【配分額】16,770千円 (直接経費: 12,900千円、間接経費: 3,870千円)

【研究分野】細胞レベルから個体レベルの生物学およびその関連分野

【研究領域課題番号】17K19383 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

初期胚発生 / クロマチン構造 / 全能性 / 初期胚 / クロマチン / エピジェネティクス / リプログラミング

【研究成果の概要】

本研究では初期胚におけるクロマチン構造変換と全能性獲得が密接にかかわっているという近年の知見に基づき、全能性獲得に関与するクロマチン因子を探索し、その機能を明らかにすることを目的とした。In silicoスクリーニングによって10個の候補因子を抽出し、その中で前核において核アクチン様の局在を示す候補因子Aと、過剰発現が初期胚発生停止を誘導する候補因子Bを同定した。

【研究の社会的意義】

細胞の全能性獲得や高効率リプログラミングに関与する新規候補因子を同定した本研究成果は、今後その効果の確認と分子メカニズムの解明を通して、初期胚発生メカニズムの理解や再生医療に有用な知見を提供し得ると期待される。

【研究種目】挑戦的研究(萌芽)

【研究期間】2017-06-30 - 2020-03-31

【配分額】6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円)

【研究分野】分子生物学

【研究領域課題番号】17K15059 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

エピジェネティクス / クロマチン / DNAメチル化 / 植物 / 抑制修飾 / エピゲノム / 遺伝 / 分子生物学 / ヘテロクロマチン / ヒストン修飾 / ヒストンバリアント / トランスポゾン / 遺伝子

【研究成果の概要】

真核生物は、ゲノムにコードされる遺伝子とトランスポゾンとの違いを正確に識別し、異なるクロマチン修飾を付加して転写制御する。この識別は個体発生やゲノム維持に不可欠であるが、この識別が何に起因するのか、その識別メカニズムは不明であった。この問いに答えるため、分子遺伝学とエピゲノミクスを駆使して、シロイヌナズナの抑制エピゲノム情報の喪失と再構築の過程を観察した。その結果、トランスポゾンにおける抑制修飾の回復は、転写開始点近傍のCGメチル化やヒストンバリアントH2A.Wの局在と相関していたことから、これら因子の抑制修飾標的識別機構への関与が示唆された。これら成果をNature Plantsに発表した。

【研究の社会的意義】

環境応答や発生、分化など植物における様々な生物学的イベントには、エピジェネティクスが深く関与する。本研究は、近年注目されているエピジェネティクス分野の中でも、エピゲノムの構築過程に焦点を当て、植物が抑制遺伝子を識別し、制御する仕組みの一端を明らかにすることに成功した。本研究で得られた成果は、植物におけるエピジェネティクス研究分野に限定されず、発生や分化、ストレス応答など植物の多様なイベントにおける分子理解につながり、基礎科学的理解だけでなく農学や医学にも発展しうる重大な効果を持つと考える。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2017-04-01 - 2021-03-31

【配分額】4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)

【研究分野】消化器内科学

【研究領域課題番号】16K09390 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

膵癌 / 膵がん / エピジェネテイクス / エピゲノム / クロマチン / ヒストン

【研究成果の概要】

本研究では膵発癌機序におけるエピジェネテイクス機構の重要性を明らかにすることを目的とした。具体的には遺伝子改変膵癌自然発症マウスとヒストンメチル化酵素のKOマウスとを交配し、ヒストンメチル化酵素Ehmt欠損マウスでは膵癌前駆病変の進行が遅延することを明らかにした。さらにまたEhmtの下流で膵前癌病変進行に重要な役割を持つ分子を解析した。これらのデータはEhmtがマウス膵においてKras遺伝子変異存在下での腫瘍発生に重要な役割を果たしていることを示唆するものであった。

【研究の社会的意義】

膵癌においては代表的な４つの遺伝子変異がよく知られているが、それらの存在のみが膵前癌病変の進行に必要十分であるとはいえない。エピジェネテイクス修飾は遺伝子発現を調節する機構であり、癌における重要性も明らかになりつつあることから、それらを標的として制御する薬剤も開発されつつある。本研究において膵癌の発生進行に関わるエピジェネテイクス修飾機構が明らかにされ、その意義が解明されることによる臨床的有用性は高いと考えられる。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2016-04-01 - 2019-03-31

【配分額】4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)

【研究分野】遺伝・染色体動態

【研究領域課題番号】26221105 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

エピゲノム / DNAメチル化 / ヒストン修飾 / トランスポゾン / エピジェネティック / エピジェネティクス / シロイヌナズナ / クロマチン

【研究成果の概要】

シロイヌナズナの遺伝子における抗抑制に働くヒストン脱メチル化酵素遺伝子IBM1の変異体と、ibm変異による発生異常をサプレスする変異であるldl2 のエピゲノム解析により、エピゲノム分化における遺伝子内H3K4me1の重要性を示した。また、低メチル化変異体の遺伝解析から、ゲノム全体での抑制クロマチンを制御する負のフィードバック機構の存在を示した(Ito et al 2015)。さらに、配列特異的にDNAメチル化喪失を引き起こすタンパク質であるVANCの標的配列がタンデムリピートを形成することで同調して速く進化することを示した。

【研究の社会的意義】

遺伝子のON/OFF状態が細胞分裂後にまで継承される「エピジェネティック」な遺伝子制御は個体発生やゲノム進化の理解に重要なだけでなく、農学や医学にも重要である。本研究では、遺伝子ON/OFF状態の決定にヒストンタンパク質修飾の相互作用が重要であることを示し、また、エピジェネティックな抑制を除くタンパク質とその標的配列を同定した。得られた知見は、エピジェネティックな機構の理解とともに、それを制御する技術にもつながりうるものと期待できる。

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2014-05-30 - 2019-03-31

【配分額】191,880千円 (直接経費: 147,600千円、間接経費: 44,280千円)

【研究分野】ゲノム生物学

【研究領域課題番号】26710011 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

小分子RNA / トランスポゾン / 生殖細胞 / ATAC-seq / ゲノム / CRISPR/Cas9 / リピート配列 / クロマチン / ヘテロクロマチン / piRNA / エピジェネティクス / 遺伝子発現制御

【研究成果の概要】

トランスポゾンとその残滓は、ヒトゲノムでは 45%もの領域を占めている。トランスポゾンの持つ転移能は個体に有害であり、特に生殖細胞におけるトランスポゾンの発現抑制は次世代への正確な遺伝情報の伝達を考えた場合に、生物にとって喫緊の課題である。私は小分子RNAがトランスポゾンの発現を生殖細胞でいかに抑制しているかに関して研究をハエとマウスを用いて行ってきた。ハエにおいては、特定ゲノム領域に存在するタンパク質群を網羅的に同定する手法を開発してきた。また、マウスにおいては精巣中に含まれる少量の生殖細胞からクロマチン状態をプロファイルし、その様態を明らかにした。

【研究種目】若手研究(A)

【研究期間】2014-04-01 - 2017-03-31

【配分額】24,050千円 (直接経費: 18,500千円、間接経費: 5,550千円)

【研究分野】ゲノム生物学

【研究領域課題番号】25221003 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

生殖細胞 / エピジェネティクス / クロマチン / トランスポゾン / Piwi / piRNA / エピゲノム / RNAサイレンシング

【研究成果の概要】

哺乳類生殖エピゲノム形成機構の解析を行い、マウスゴノサイト期にメガベースサイズのクロマチン領域がダイナミックに変動することを見出しDAD (Differentially accessible domain) と名付けた。DADの形成に伴いその領域内のヒストンの修飾とDNAのメチル化が変化すること、さらに、DAD領域に存在する転移因子の転写が活性化されることを見出した。一方、ハムスターのPIWI遺伝子欠失個体（KOハムスター）の作製に成功した。PIWIL1 KO個体は雄雌共に不稔であった。これは、哺乳類におけるPIWI変異による雌不稔の初めての例であり、学術的な意義は大きい。

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2013-05-31 - 2018-03-31

【配分額】218,140千円 (直接経費: 167,800千円、間接経費: 50,340千円)

【研究分野】分子生物学

【研究領域課題番号】25650009 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

エピジェネティクス / イメージング / クロマチン / ライブイメージング / 蛍光プローブ / ヒストン修飾 / 細胞内抗体 / scFv / 細胞核 / 遺伝子

【研究成果の概要】

本課題は、ゲノムDNA配列上の任意の領域を認識する細胞内プローブを構築し、細胞分化過程における特定の遺伝子領域のヒストン修飾動態を観察することを目的とした。ゲノムDNA配列上に散在する中程度反復配列を抽出し、TALEsプローブの構築を試みたところ、生細胞で標的特異的に可視化できるものは得られなかった。一方で、ヒト培養細胞に導入したANCHORシステムと活性化型RNAポリメラーゼ特異的mintbodyにより、特定の遺伝子領域の転写活性化状態を生細胞で観察することが出来た。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2013-04-01 - 2016-03-31

【配分額】4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)

【研究分野】分子生物学

【研究領域課題番号】25291002 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

エピゲノム / クロマチン構造 / ヒストン脱メチル化酵素 / JMJD1A / 熱産生 / 褐色脂肪 / クロマチン再構成 / エピジェネティクス / 糖脂質代謝 / クロマチン / Pparg / アドレナリン受容体 / 寒冷 / ホスファターゼ / 褐色脂肪細胞 / UCP1 / 核内受容体 / ＪＭＪＤ１Ａ

【研究成果の概要】

肥満や糖尿病の成因を理解する上で、代謝関連遺伝子の転写制御機構を解明することは重要である。我々は、ヒストン脱メチル化酵素JMJD1Aの欠損マウスが肥満やインスリン抵抗性、熱産生異常を示すという発見に基づき、JMJD1Aによる熱産生制御機構を研究した。その結果、短期の寒冷によるアドレナリン刺激をうけるとJMJD1Aの265番目のセリンがリン酸化されることを見出した。さらに、リン酸化されたJMJD1Aがヌクレオソーム再構成複合体SWI/SNFと核内受容体PPARγとともに複合体を形成し、熱産生関連遺伝子の遠位エンハンサーとプロモーターの近接化を誘導して標的遺伝子の発現を促進する機構を解明した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2013-04-01 - 2018-03-31

【配分額】17,680千円 (直接経費: 13,600千円、間接経費: 4,080千円)

【研究分野】応用分子細胞生物学

【研究領域課題番号】21380204 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

クロマチン / ゲノム安定性 / エピジェネティック / アクチン関連タンパク質 / ゲノム安定性維持 / クロマチンリモデリング複合体 / ゲノム安全性 / DNA複製 / 染色体 / 細胞核

【研究成果の概要】

真核生物のゲノムはヒストンに結合してクロマチンを形成し、さらに細胞核に収納されている。このようなクロマチン・細胞核の構造が、エピジェネティック制御の基盤となっている。ゲノムは安定に維持される必要があり、ここにもエピジェネティック制御が関与しているが、その詳細は知られていない。本研究では、INO80クロマチンリモデリング複合体やヒストンアセチル化複合体が、ゲノム安定性維持において、進化的に保存された重要な機能を有することを示した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2009 - 2011

【配分額】18,460千円 (直接経費: 14,200千円、間接経費: 4,260千円)

【研究分野】遺伝・ゲノム動態

【研究領域課題番号】19570008 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

クロマチン / ヒストン修飾 / 後生遺伝学 / ストレス応答 / ノンコーディングRNA / エピゲノム / ヒストン / 組換え / 転写 / 減数分裂 / 転写制御 / 染色体 / non-coding RNA / エピジェネティクス

【研究成果の概要】

分裂酵母M26/CRE 配列の周辺におけるヒストン修飾やクロマチン再編成に関わる因子を数種同定し、それらの欠失変異株について、種々のストレスに対する感受性やヒストン修飾における役割を解明した。さらに、グルコース飢餓時に転写が活性化する分裂酵母fbp1+遺伝子座におけるクロマチン再編成に、mRNA 型の長鎖ノンコーディングRNA のカスケード転写が関わることを見出し、ノンコーディングRNA を介した新しい転写活性化モデルを提出した。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2007 - 2008

【配分額】4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)

【研究分野】食品科学

【研究領域課題番号】16658055 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

アミノ酸 / エピジェネティクス / ヒストン / クロマチン / 転写因子 / DNAメチル化 / 食餌タンパク質 / ラット / ゲノム / RLGS / 栄養条件

【研究成果の概要】

本年度は、食餌成分のうちアミノ酸に注目し、アミノ酸の利用性によるエピジェネティクスレベルでの変化を検出できるか否かを解析した。特にアミノ酸に欠乏に鋭敏に応答する遺伝子であるIGFBP-1遺伝子に着目し、これらの遺伝子部位におけるヒストンのアセチル化およびメチル化の変動を免疫クロマチン沈降法(ChIP法)で検出した。HepG2細胞をロイシン欠乏培地(-Leu)で12時間処理し、同遺伝子を含む領域約30kbpについて3kbpの解像度で測定した。ヒストンH3のアセチル化は転写開始点付近(+73および-3357)においてロイシン欠乏で有意に増加した。H4については転写領域から上流20kbにかけて幅広い領域で有意な増加が認められた。H3のメチル化に関しても、転写促進性のLys4のメチル化では転写開始点付近で増加し、逆に抑制性のLys9のメチル化は10数kb以上上流の領域で減少しており、ロイシン欠乏による同遺伝子の転写制御と良く対応していた。同じ条件において各種転写因子の結合状態をChIP法で調べたところ、数kb上流付近へのATF-3、ATF-4およびC/EBPβの結合が-Leuで有意に増加しており、これは他のアミノ酸応答遺伝子であるアスパラギンシンターゼ(AS)遺伝子でも明確に観察された。これらの転写因子の機能をより明確にするため、各転写因子をノックダウンした場合にIGFBP-1およびAS遺伝子のアミノ酸に対する応答がどのようになるかを検討した。ATF-3およびATF-4のノックダウンの場合にこれら遺伝子の発現上昇が抑制されたので、これらの転写因子の重要性が確認された。

【研究種目】萌芽研究

【研究期間】2004 - 2005

【配分額】3,500千円 (直接経費: 3,500千円)

【研究分野】産婦人科学

【研究領域課題番号】14571584 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

リンカーヒストン / 哺乳類卵子 / エピジェネティクス / 体細胞核移植 / FRAP / クロマチン / 卵子 / ゲノムリプログラミング

【研究成果の概要】

体細胞核移植における卵子特異的リンカーヒストンH1ooの発現
平成14年度より体細胞核移植クローン胚を使用し、H1foo蛋白の発現の検討を開始した。また、除核卵子にGFP-H1c発現細胞の核移植を行い、体細胞型リンカーヒストンの移植胚における動態を観察した。H1foo蛋白は、GV期卵、MII期卵、核移植後、2細胞期の核に発現を認めたが、4細胞期には消失した。従ってH1ooは、卵子形成から体細胞核移植後配偶子の遺伝子発現が開始するまでの間、体細胞核に取り込まれ、局在していることが確認された。また、体細胞核移植数時間後に、体細胞型リンカーヒストンが消失することが確認された。
GFP結合H1oo, H1c蛋白の作成とFRAP法を用いた染色体への動的結合の検討
平成14年度にGFP-H1oo, H1c融合ベクターを制作し、H1oo, H1cを恒常発現した3T3細胞を作成した。14年から15年にかけて共焦点レーザー顕微鏡を用いてGFP-H1oo遺伝子の染色体結合動態についてFluorescence recovery after photobleaching(FRAP)法により検討した。FRAPによる解析により、H1oo-GFPは、コントロールである体細胞リンカーヒストンH1c-GFPに比べ50%recoveryが22秒と有意に速く、また、動的成分も92%と有意に高値を示した。従って、卵子特異的リンカーヒストンH1ooは、体細胞型リンカーヒストンに比べ、動的成分が多く、きわめて短時間にクロマチンに結合、解離を繰り返していることが示唆された。以上の結果より、卵子特異的リンカーヒストンH1fooは、クロマチン構造を柔軟にすることによって、卵子の核成熟・初期胚発生を誘導していることが明らかになった。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2002 - 2003

【配分額】4,000千円 (直接経費: 4,000千円)