【研究領域課題番号】21K06396 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

エンハンサーRNA / エピジェネティクス / 神経幹細胞

【研究成果の概要】

エンハンサーと呼ばれるゲノム領域は数百塩基の長さからなるが、そこに転写因子が結合すると標的遺伝子の発現にスイッチが入ることから、エンハンサーは遺伝子の発現制御において中心的な役割を担っているといえる。また、近年複数のエンハンサー領域が協調的に働いているということが報告され、1領域の解析ではなく、ゲノム全体でエンハンサー領域を網羅的に捉えることが重要である。
本研究課題では、神経幹細胞特異的エンハンサーの同定に加え、その中でもエンハンサー活性を持っている真のエンハンサーの同定を試みた。近年、エンハンサー領域からはenhancer RNA（eRNA）と呼ばれるnon-coding RNAが発現しているという報告がなされていることから、そのeRNAの発現を条件として候補領域を705箇所同定した。それら領域には、既に神経幹細胞のエンハンサーとして知られる領域が多数含まれており、精度良く実験系が機能していることが確認できた。
また、eRNAとmRNAの発現を1細胞レベルで解析可能なRamDA-Seqを行い、エンハンサーの標的遺伝子の同定を試み、既知遺伝子に加え、新規の標的候補遺伝子を複数同定した。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2021-04-01 - 2024-03-31

【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】18K06067 (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 / 神経幹細胞

【研究成果の概要】

神経幹細胞は自己複製能を持つと同時に、脳・神経系を構成するニューロン、アストロサイト、オリゴデンドロサイトへの多分化能を持った細胞である。しかしながら神経幹細胞は発生初期には多分化能を持たず、発生進行に伴い順次上述細胞種への分化能を獲得する。本研究課題では、DNAメチル化というエピジェネティックな修飾に着目し、神経幹細胞の分化能の変化を解析した。その結果、３つのステップによりメチル化状態がダイナミックに変動し、各細胞種への分化能を獲得していることが明らかとなった。

【研究の社会的意義】

本研究課題では、発生段階に沿った神経幹細胞の性質変化における、DNAメチル化のゲノムワイドな変動が明らかとなった。また、神経幹細胞から各細胞系譜へと運命づけられる際のDNAメチル化の変動も明らかとなり、DNAのメチル化が実際に細胞の分化制御に関与している事が示された。
DNAメチル化は神経系だけでなく、ほとんどすべての細胞種で普遍的にみられる現象であることからも、そのメカニズム解明は他分野への波及効果も大きいと考えられる。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2018-04-01 - 2021-03-31

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

【研究分野】融合基盤脳科学

【研究領域課題番号】24700412 (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 / 神経幹細胞

【研究成果の概要】

本研究課題では、発生の進行に伴って変化する神経幹細胞の性質（未分化性維持・分化能）をDNAメチル化変動といったエピジェネティックな観点から解析した。胎生期の異なる（胎生11, 14, 18日目）マウス脳より単離した神経幹細胞、及び、神経幹細胞から分化したニューロン、アストロサイト、オリゴデンドロサイトよりDNAを回収し、全ゲノムメチル化解析を行った。その結果、各細胞種特異的なメチル化変動領域を同定するとともに、それら変動領域での転写因子結合配列を同定した。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2012-04-01 - 2014-03-31

【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】発生生物学

【研究領域課題番号】21770231 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

神経幹細胞 / 大脳皮質発生 / ポリコーム / 多分化能 / エピジェネティクス

【研究成果の概要】

大脳皮質の発生において、神経系前駆細胞から発生時期依存的に特定の機能を持ったニューロンやグリア細胞が産生される。本研究ではその制御メカニズムについて明らかにすることを目的とした。遺伝子改変マウス等を用いた研究の結果、Polycombが「幹細胞の時間を計り」、産生される細胞の運命転換を司る機構に、神経幹細胞の運命転換の複数のステップで共通に貢献している可能性を明らかにした。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2009 - 2010

【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】脳神経外科学

【研究領域課題番号】20659225 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

癌幹細胞 / グリオーマ / 神経幹細胞 / メチル化 / エピジェネティクス

【研究成果の概要】

幹細胞研究の進展に伴って、脳腫瘍幹細胞(brain cancer stem cell ; BCSC)の存在が証明され、抗癌剤や放射線治療に抵抗性の細胞であるため、重要な治療標的として解析が急速に進められている。しかし、現在まで確立されたBCSC分離・精製法がないため、BCSCの分子制御機構の詳細は不明であり、またBCSC特異分子の発見には至っていない。そこで、第一に様々なグリオーマ組織からBCSCを分離してその性状解析を行った。その結果、グリオーマ腫瘍検体から、長期培養可能なBCSC細胞株を3種類樹立することに成功し、in vitroでのスフェア形成能、自己増殖能、および多分化能を有すること、さらに免疫不全マウス脳内に細胞移植後の腫瘍形成能を検証した。つぎに、メチル化感受性制限酵素を用いたRLGS(Restriction Landmark Genomic Scanning)解析により同定されたHOXD9遺伝子が、グリオーマにおいてプロモーター領域が高頻度にメチル化されていることを検証した。また発現解析の結果、HOXD9遺伝子は正常脳組織や正常神経幹細胞おいてほとんど発現が見られず、一方BCSCにおいて高発現していた。さらに、HOXD9遺伝子の機能解析を行った結果、HOXD9はBCSCの増殖に関与し、siRNAを用いて遺伝子発現をノックダウンすることによりBCSCを細胞死へ誘導することが明らかになった。現在、HOXD9遺伝子の発現選択性(正常脳組織で発現せずBCSCで高発現していること)を利用して、HOXD9遺伝子プロモーターを組み込んだ蛍光遺伝子発現ベクターユニットを作成中であり、今後は、このベクターを利用した新たなBCSCの精製法の開発、新規BCSC抗原の同定を進める予定であり、BCSCを標的とした治療法の開発を目指す。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2008 - 2009

【配分額】3,200千円 (直接経費: 3,200千円)

【研究分野】医化学一般

【研究領域課題番号】20790230 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

胚性幹細胞 / エピジェネティクス / DNAメチル化 / ES細胞 / 神経幹細胞 / アストロサイ

【研究成果の概要】

マウス中枢神経系発生においてはニューロンがまず産生されたのちにグリア細胞が産生され、この過程においてDNA脱メチル化を伴うエピジェネティックな遺伝子発現修飾機構が重要であると考えられている。本研究ではこの過程を制御する中心的な役割を維持型メチル化酵素であるDnmt1が担っていることが明らかとなった。発生過程においては特にレチノイン酸を介したシグナル伝達機構がDnmt1の局在を変容させ、アストロサイト特異的遺伝子群のプロモーターの脱メチル化を制御することが明らかとなった。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2008 - 2009

【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】細胞生物学

【研究領域課題番号】19770164 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

大脳 / 神経幹細胞 / 発生 / ニューロン / エピジェネティクス / 脳・神経 / 発生分化

【研究成果の概要】

大脳は高度な機能を持ち、進化に伴って高度に発達して来た。この脳を構成する主要な細胞種の一つがニューロンであり、脳が適切に機能するためには適切な数のニューロンが発生期間中に作り出されなければならない。ニューロンは発生中の一定期間しか作られず、このニューロン産生の期間の決定が最終的に作り出されるニューロンの数の決定に重要な要素となる。本研究では、ニューロン産生期が終了するメカニズムを明らかにし、ニューロンの数の決定機構の一端を明らかにした。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2007 - 2008

【配分額】3,880千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 480千円)