【研究領域課題番号】18H03379 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

内分泌かく乱 / 甲状腺ホルモン / 脳発達 / 内分泌かく乱化学物質 / エピゲノム / エストロゲン / 核内受容体 / 遺伝子発現 / エピジェネティック

【研究成果の概要】

環境化学物質による甲状腺ホルモン(TH)のシグナル伝達経路への修飾作用を，in silicoから行動解析までを用いて調べた。用いる予定だった水酸化PCBが処理の問題から使用できなくなりイソフラボン，PFOS，ガドリニウム造影剤などを用いた。イソフラボンはTH受容体およびエストロゲン受容体などのクロストークにより作用し，神経突起進展やアストロサイト移動を修飾した，PFOSは曝露で種々の行動異常を生じ，TH標的細胞のプルキンエ細胞の長期抑制を抑制した。ガドリニウム造影剤はイソフラボンと同様に複数の受容体のクロストークを介し，特にTH膜受容体であるインテグリンαvβ3のシグナル伝達系をかく乱した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2018-04-01 - 2022-03-31

【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】動物生産科学

【研究領域課題番号】16H05017 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

卵巣 / エピゲノム / 顆粒層細胞 / 遺伝子発現 / クロマチン構造 / 卵胞発育 / DNAメチル化 / エピジェネティクス制御 / 応用動物 / メチル化 / 妊孕性 / エピジェネティクス / 繁殖障害 / 家畜繁殖 / 卵巣機能

【研究成果の概要】

卵胞発育過程の顆粒層細胞における大規模なDNA脱メチル化が，細胞増殖とレチノイン酸依存的に誘導されることを明らかとした．この脱メチル化が発火点となり，ヒストンH3アセチル化が生る結果，クロマチン構造変化が誘導され，遺伝子発現が誘起されることも示した．この変化に必須な顆粒層細胞の増殖は，個体の加齢に伴う卵巣間質の線維化により抑制されること，顆粒層細胞内のミトコンドリア活性化が必要であることも明らかとした．

【研究の社会的意義】

加齢に伴う妊孕性の低下，感染症や低栄養条件による繁殖障害が家畜やヒトで問題となっている．本研究で明らかとした卵胞発育の分子生物学的理解は，上記が起こる根本原因を解き明かす第一歩となる．
本研究で明らかとなった，レチノイン酸がDNA脱メチル化誘導因子であることや細胞増殖のためにミトコンドリアの活性化が必須であるとの知見は，食事（飼養環境）が卵巣機能に直結することを示す研究成果であり，このような知見が繁殖障害や不妊症の予防法開発や治療法の発見につながると期待できる．

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2016-04-01 - 2019-03-31

【配分額】17,030千円 (直接経費: 13,100千円、間接経費: 3,930千円)

【研究分野】生命・健康・医療情報学

【研究領域課題番号】16K00387 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

転写制御 / 転写因子 / エンハンサー / クロマチン相互作用 / インシュレータ / 遺伝子発現 / ヒストン修飾・オープンクロマチン / 深層学習 / CTCF / オープンクロマチン / エピゲノム / エンハンサープロモーター相互作用 / 機能エンリッチメント / 遺伝子 / 発現制御 / ゲノム / 情報工学

【研究成果の概要】

ゲノムワイドな遺伝子転写カスケードの解析のために、遺伝子の転写開始点から離れた位置（遠位）のDNAに結合する、転写因子が発現を制御する遺伝子（転写標的遺伝子）を予測する手法を開発した。転写標的遺伝子の予測のために、転写因子のDNA結合の位置と遺伝子の転写開始点の対応関係の基準を評価するための指標を見出した。同じ転写因子の転写標的遺伝子には、似た機能をもつ遺伝子が多く含まれ、遺伝子機能の数を転写標的遺伝子の延数で正規化した値が大きいほど、正しく予測された転写標的遺伝子を多く含み、対応関係の基準を評価する指標となった。より良い対応基準を見出し、転写因子と転写標的遺伝子の相互作用を遮蔽して制御するインシュレータ機能に関わる転写因子CTCFのDNA結合の位置を考慮した対応基準では、さらに良い予測結果が得られた。別の指標として、同じ転写因子の転写標的遺伝子の発現量の中央値を見出した。分化成熟した免疫細胞では、転写因子の転写標的遺伝子の発現量の中央値の分布が大きいほど、正しく予測された転写標的遺伝子を多く含み、ESやiPS細胞の幹細胞では、中央値の分布が小さくなる傾向が示された。この結果は、幹細胞では遠位に結合する転写因子が遺伝子発現の抑制として、免疫細胞では活性として機能する傾向を示唆した。
CTCF以外のインシュレータ機能に関わる転写因子を探索する手法を開発した。転写標的遺伝子の対応基準の解析と統計検定を用いた手法を開発し、さらに深層学習を用いた手法で、より正確な予測を行い、既知の転写因子を含む98の転写因子を予測し、そのうち23の転写因子について、論文を調べ、インシュレータ機能に関わる報告を見つけた。大部分はCTCFのインシュレータ機能と関わる転写因子であった。特に転写因子MAZについて、2021年にCTCFと独立してインシュレータ機能をもつことも実験により示された。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2016-04-01 - 2023-03-31

【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】分子生物学

【研究領域課題番号】15K14443 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

エピゲノム / 栄養 / 表現型可塑性 / 形態形成 / 発生 / 遺伝子発現 / 環境

【研究成果の概要】

同じゲノムの個体が種々の表現型を示す表現型の可塑性は、生物全体に見られる現象であるが、その機構はわかっていない。本研究では、表現型可塑性が武器形質に見られる昆虫オオツノコクヌストモドキを用いて、発生時の栄養と武器形質を結びつけるエピゲノム分子機構を明らかにした。RNA-seqにより未同定のエピゲノム因子を多数同定し、ヒストン脱アセチル化酵素(HDAC)などの遺伝子をノックダウンしたところ、大顎形質が特異的にHDAC摂動の影響を受けることを見出した。また、HDAC摂動により翅では大顎と反対方向にサイズ変化が生じることも明らかになった。以上から表現型可塑性にはエピゲノム制御が重要なことがわかった。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2015-04-01 - 2017-03-31

【配分額】3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)

【研究分野】機能生物化学

【研究領域課題番号】26440048 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

肝細胞増殖因子 / 細胞増殖抑制 / HepG2細胞 / 癌 / エピゲノム / 遺伝子発現 / 不可逆的増殖停止 / 細胞老化 / 遺伝子マーカー / ヒストンメチル化 / ヘテロクロマチン / RNA-seq / 細胞分化 / がん / RT-PCR / 網羅的解析 / Xenograft

【研究成果の概要】

HGFによる癌抑制の研究において、研究代表者はHGFがある条件下で「不可逆的増殖抑制作用」を示すことを見つけた。一時的な細胞増殖停止が不可逆に至る機構を調べ、次項を明らかにした。
HGFで不可逆的増殖停止する肝癌細胞株HepG2において、(1)発現しているOct3/4, Sox2, Klf4（山中因子）は不可逆的停止に関与しない、(2)不可逆的増殖停止に細胞周期因子p57KIP2が係わり得る、(3)不可逆的増殖停止にヒストンH3K9me3の減少およびメチル化酵素G9aの上昇が必要、(4)HGFで細胞分化状態が変わる可能性、(5)網羅解析により可逆的－不可逆的停止間で異なる発現遺伝子群を見出した。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2014-04-01 - 2017-03-31

【配分額】5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)

【研究分野】小児科学

【研究領域課題番号】23390272 (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 / エピゲノム / レット症候群 / MeCP2 / 遺伝子発現 / 修復治療 / 化合物 / バルプロ酸ナトリウム / 自閉症 / 神経疾患 / iPS / 遺伝子 / 治療 / ゲノム / 脳神経疾患 / 発現制御 / トランスレーショナルリサーチ

【研究成果の概要】

エピゲノムには、ゲノムにはない可逆性が存在する。そこで、エピゲノム異常に起因する発達障害疾患（Rett症候群）を対象にエピゲノム修復治療の可能性を検証した。当初、個々の遺伝子に作用する化合物の作製を予定したが、修復対象遺伝子が多数想定されたことから、グローバルな作用を有する化合物の探索を行った。その結果、本症に使用されている抗てんかん薬に多数の遺伝子を対象にしたエピゲノム修復を介した発現回復作用があることが神経培養細胞で判明した。さらにこの薬剤以上の作用を有する新規化合物を２種見いだした。この効果が新規に本症患者から作製したiPS細胞で確認できれば、本症の新たな治療薬候補になると考えられた。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2011-04-01 - 2014-03-31

【配分額】18,330千円 (直接経費: 14,100千円、間接経費: 4,230千円)