【研究分野】応用微生物学

【研究領域課題番号】17K15242 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

糸状菌 / 細胞融合 / 麹菌 / Aspergillus oryzae / MAPキナーゼ / 転写制御 / 遺伝子発現

【研究成果の概要】

糸状菌（カビ）は酵母とは異なり、菌糸を伸長している栄養生長時にも細胞が融合する。我々は糸状菌の一種である麹菌Aspergillus oryzaeにおいて、糸状菌特異的な新規タンパク質FipCを同定し、これが細胞融合に関与する機能を持つことを示していた。
本研究における遺伝学的な解析から、FipCが転写因子AoSte12を介して細胞融合に関わる遺伝子群の転写を制御することを示した。さらにFipCと相互作用する2つのタンパク質を同定した。これらは糸状菌特有の細胞融合メカニズムを解明する上で重要な知見である。

【研究の社会的意義】

糸状菌に特異な細胞融合制御機構には未解明な部分が多いが、FipCの解析を進めることでその解明に繋がると考えられる。細胞融合制御機構の解析が進めば、細胞融合効率の低い麹菌A. oryzaeの効率的な融合が可能となり、ひいては現在困難な交配育種の実現に繋がることが期待される。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2017-04-01 - 2019-03-31

【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】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】応用微生物学

【研究領域課題番号】15K18667 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

核様体タンパク質 / プラスミド / 遺伝子発現 / 転写制御 / バイオフィルム / bacterial nucleoid / plasmid / Pseudomonas / biofilm

【研究成果の概要】

宿主細菌がプラスミドを獲得すると、プラスミド上の遺伝子が染色体由来の因子の制御を受けると同時に、染色体上の遺伝子もプラスミド由来の因子の制御を受けることになる。この過程の鍵因子の一つが、プラスミドと染色体の両方にコードされる核様体タンパク質（ヒストン様因子）である。本研究では分解プラスミドpCAR1とその宿主であるPseudomonas putida KT2440株において、pCAR1にコードされるHUホモログとNdpAホモログが宿主のバイオフィルム形態に関与することを見出した。また、pCAR1と染色体にコードされるNdpAホモログがpCAR1保持に伴う宿主への負荷に関与する可能性を提示した。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2015-04-01 - 2018-03-31

【配分額】4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)

【研究分野】神経解剖学・神経病理学

【研究領域課題番号】15K06738 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

タンパク質翻訳後修飾 / ＳＵＭＯ化 / ユビキチン化 / 神経変性疾患 / パーキンソン病 / 転写因子 / 遺伝子発現 / タンパク質分解 / 転写制御 / 発現制御

【研究成果の概要】

Parkinの基質として同定された転写因子PARISがSUMO化されることを発見し、その機能とパーキンソン病発症へのSUMO化の関与を解析した。その結果、PARISのSUMO化依存的な転写活性調節を明らかにした。さらにPARISのSUMO化はそのユビキチン化も制御していることを明らかにした。さらにPARISのSUMO化を制御する因子を同定し、それらがPARISの転写活性やユビキチン化に与える影響を明らかにした。本研究の成果はパーキンソン病発症メカニズムにおけるSUMO化の重要性を示唆した。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2015-04-01 - 2018-03-31

【配分額】4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円)

【研究分野】機能生物化学

【研究領域課題番号】26291018 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

クロマチン / lncRNA / ヒストン修飾 / アンチセンスRNA / ノンコーディングRNA / 転写制御 / グルコース / 膵臓 / β細胞 / ストレス応答 / 発現制御 / ゲノム / 遺伝子発現 / マイクロアレイ

【研究成果の概要】

グルコース飢餓ストレス応答性の長鎖非コードRNA(lncRNA)とアンチセンスRNA(asRNA)の役割や動態を解析した。その結果、対になって合成されるlncRNAとasRNAの間に相反的な発現制御があること、asRNAの発現制御にはヒストンH3K4のメチル化を介したクロマチン制御が関わること、asRNAが細胞質内でリボソームと結合し、ナンセンス仲介分解系で分解されること、lncRNAの抑制・脱抑制にlncRNAとTup型転写抑制因子の相互作用を介した制御が存在すること、マウス膵β細胞にも遺伝子上流から合成され、遺伝子発現上昇と共役するlncRNA転写が複数見られることなどを明らかにした。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2014-04-01 - 2018-03-31

【配分額】16,640千円 (直接経費: 12,800千円、間接経費: 3,840千円)

【研究分野】植物栄養学・土壌学

【研究領域課題番号】25252014 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

植物 / 硝酸シグナル / シグナル伝達 / 転写因子 / 遺伝子発現制御 / 植物栄養 / 硝酸応答 / 転写制御 / 窒素 / 遺伝子発現

【研究成果の概要】

植物の窒素栄養環境への適応において硝酸応答型の遺伝子発現は中心的な役割を担う。この硝酸応答型遺伝子発現を担う転写因子はNLPタンパク質群であることを同定していることから、NLP転写因子群を手がかりに、モデル植物であるシロイヌナズナを用いて硝酸応答型遺伝子発現の制御機構の解析を行った。DNAマイクロアレイ解析によって、NLP転写因子群は硝酸応答型遺伝子発現のほとんどを制御しているマスターレギュレーターであることを明らかにした。また、硝酸シグナルの伝達に応答してNLP転写因子群がリン酸化されることが、NLP転写因子の活性化機構であることを明らかにした。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2013-05-31 - 2017-03-31

【配分額】45,890千円 (直接経費: 35,300千円、間接経費: 10,590千円)

【研究分野】生物分子化学

【研究領域課題番号】25282229 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

遺伝子発現制御 / 光受容体 / オプトジェネティクス / BLUF / 遺伝子発現 / 光遺伝学 / 転写制御

【研究成果の概要】

青色光受容体PixDを利用して、任意の遺伝子の発現を光制御する方法の構築を目指した。クロスリンクと質量分析によりPixDのダイマーの予想構造を得た。この情報を利用し、先に開発したPixDによる転写因子光制御法PICCOROの改良を進め、植物の花の形成を司る転写因子AGAGOUSの制御を試みた。PixDを恒常的に発現するシロイヌナズナを複数ライン単離することに成功した。またPixEのPixD相互作用部位をドミナントネガティブ型AGAMOUSに融合した。この融合したコンストラクトを、上記PixD発現シロイヌナズナに導入し、そのホモラインを複数ライン単離することに成功した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2013-04-01 - 2016-03-31

【配分額】18,590千円 (直接経費: 14,300千円、間接経費: 4,290千円)

【研究分野】応用微生物学

【研究領域課題番号】24380043 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

プラスミド / 染色体 / 遺伝子発現 / 転写制御 / 核様体 / 転写調節 / 転写様式 / 核様体タンパク質 / 接合伝達

【研究成果の概要】

プラスミドによる宿主染色体の機能調節のメカニズムを解明するため、“プラスミドを保持すること”の浸透圧ストレスへの影響や特定の遺伝子群の転写誘導／転写抑制について機構解明を行った。また、この現象において重要な役割を果たすプラスミド由来の核様体タンパク質（特に中心的役割を果たすH-NS familyタンパク質）の二量体化・多量体化機構をタンパク質間相互作用の解析と結晶構造を元に解析した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2012-04-01 - 2015-03-31

【配分額】17,940千円 (直接経費: 13,800千円、間接経費: 4,140千円)

【研究分野】腫瘍診断学

【研究領域課題番号】23650619 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

悪性脳腫瘍 / 光線力学診断 / 光線力学治療 / 5-アミノレブリン酸(ALA) / ポルフィリン / ABCG2 / Nrf2 / 5-アミノレブリン酸( ALA) / 癌幹細胞 / 脳腫瘍 / トランスポーター / アミノレブリン酸 / メタボローム解析 / 遺伝子発現 / 代謝 / 光線力学診断法 / 転写制御 / バイオマーカー / 臨床応用

【研究成果の概要】

5-アミノレブリン酸(ALA)を用いた悪性脳腫瘍の光線力学診断の分子機構を解明し、その臨床応用を目指した。正常脳と脳腫瘍とを差別化するバイオマーカーを探索した結果、ALA取り込みに関与するPEPT、プロトポルフィリンIXの排出に関与するABCGが重要なファクターであることを発見した。一方、転写因子Nrf2がABCG2遺伝子の発現を誘導する重要なファクターであり、その遺伝子のSNP (-617C>A)を臨床現場で迅速検出する方法を開発した。さらに、ALAを用いた悪性脳腫瘍の光線力学診断と治療の効率をさらに向上させるために、ABCG2を効果的に阻害する薬を見出した。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2011 - 2013

【配分額】3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)

【研究分野】植物栄養学・土壌学

【研究領域課題番号】22380043 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

植物 / 硝酸応答 / 硝酸シグナル / 遺伝子発現 / 転写因子 / 栄養代謝調節 / 転写制御 / 転写 / シグナル伝達 / 植物栄養

【研究成果の概要】

植物の主要な窒素源である硝酸態窒素は植物体内でシグナル伝達物質としても働き、硝酸同化関連酵素遺伝子を含む多様な遺伝子の発現を制御している。この硝酸応答型の遺伝子発現の分子機構を明らかにすることを目的として、本研究では、シロイヌナズナを用いて硝酸応答のための鍵転写因子としてNLP転写因子群を同定した。また、NLPは翻訳後制御によって活性化され、活性化されたNLPが硝酸応答性遺伝子の大多数の発現を担っていることを示した。さらに、重要作物であるトウモロコシにおいてもNLP転写因子群が硝酸応答のために類似の役割を担っている可能性を示唆した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2010-04-01 - 2013-03-31

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

【研究分野】機能生物化学

【研究領域課題番号】22570137 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ホルモンと生理活性物質 / 肝細胞増殖因子 / 癌 / ID1 / 不可逆的増殖停止 / Skp2 / Myc / 遺伝子発現 / エピジェネティクス / シグナル伝達 / 除放剤 / 転写制御 / プロモーターアッセイ / HepG2

【研究成果の概要】

癌遺伝子ID1は、ヒト肝癌細胞株HepG2において肝細胞増殖因子HGFにより発現量が減少する。本成果により、ユビキチン転移酵素E3の構成因子Skp2のHGFによる発現減少が、ID1量を制御することを見出した。一方、Skp2によるID1量の制御はユビキチン化とは関係がなく、Skp2による転写因子Mycの活性化により転写レベルで制御されていた。また、HGF刺激によりHepG2細胞は不可逆的増殖停止に至るが、この時に発現遺伝子群が大きく変化すること、ヒストンH3K9me3の核内局在部位が変わること、その制御にH3K9メチル化酵素G9aが係わること、HGFによりG9aが増加することを見出し、Skp2/Myc/ID1が癌細胞の不可逆的増殖停止に係わる可能性を得た。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2010 - 2012

【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】免疫学

【研究領域課題番号】21390148 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

免疫寛容 / 自己免疫 / 胸腺 / T細胞 / 遺伝子発現 / TNFレセプターファミリー / NF-kappaB / 転写制御 / TNFレセブターファミリー / インターフェロン

【研究成果の概要】

免疫応答に重要なT細胞が胸腺で分化成熟する際、自己抗原を認識するT細胞が除去されることで、自己に対する免疫寛容が成立し、結果として自己免疫疾患の発症は抑制される。胸腺髄質上皮細胞は、通常は組織特異的に発現する抗原を胸腺で異所的に発現することで、それらを認識するT細胞の除去に寄与する。本研究課題で、髄質上皮細胞の遺伝子発現の制御し、それを介して髄質上皮細胞の分化を制御する転写因子が明らかとなった。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2009 - 2011

【配分額】18,590千円 (直接経費: 14,300千円、間接経費: 4,290千円)

【研究分野】小児科学

【研究領域課題番号】15591133 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

先天性心疾患 / 22q11.2欠失症候群 / TBX1 / Sonic hedgehog / Forkhead / 心大血管形態形成 / 転写因子 / 遺伝子発現 / ソニック・ヘッジホッグ / Fox / 転写制御

【研究成果の概要】

22q11.2欠失症候群は、高率に先天性心疾患を合併する染色体微細欠失症候群である。近年、動物モデルを用いたいくつかの研究により、転写因子TBX1が本症候群の心疾患発症に中心的な役割を果たすことが示唆された。本研究の目的は、先天性心疾患の発症に関与するTbx1の発現調節分子機構を明らかにすることである。まず、Tbx1遺伝子ゲノム上流の調節領域を特定し、Shhが心大血管形態形成の臨界期におけるTbx1の発現維持に必要であることを示した。さらに、Shhノックアウトマウスでも、Tbx1ノックアウトマウスと同様の大動脈弓奇形が認められることを明らかにした。次に、バイオインフォマティックスを利用し、Tbx1のゲノム上流調節領域に、種を越えて保存されたForkhead型(Fox)転写因子の結合配列があることを発見した。この配列について、ゲルシフトアッセイ、ルシフェラーゼ・レポーターアッセイなどを用いて解析した結果、Forkhead型転写因子の中で、Foxa2、Foxc1およびFoxc2が、このTbx1遺伝子上流のFox結合配列に結合し、Tbx1の転写を直接活性化することが判明した。Foxc1およびFoxc2のノックアウトマウスでも、Tbx1ノックアウトマウス、Shhノックアウトマウスと同様の大動脈弓奇形が認められる。また、Tbx1の発現は、Foxc1およびFoxc2ノックアウトマウスで低下しており、Foxc2の発現は、Shhノックアウトマウスの咽頭弓で低下していた。以上のことから、心臓・大血管の形態形成には、Shh-Fox-Tbx1によって制御される分子機構が重要な役割を果たすことが示唆された。したがって、Shh、Foxa2およびc1/2はTbx1の上流因子として、その発現を調節することにより、22q11症候群に合併する先天性心疾患の発症に関与する可能性があるとの結論を得た。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2003 - 2004

【配分額】3,500千円 (直接経費: 3,500千円)

【研究分野】知能情報学

【研究領域課題番号】11780251 (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 / 転写因子結合配列 / p53 / プロモータ / 転写因子間相互作用 / SNP / マイクロアレイ / 転写抑制 / 遺伝子発現 / 相互作用 / タンパク質 / 組織特異性

【研究成果の概要】

この研究では,大量のプロモータ配列を用いた転写制御機構の解析方法の提案,転写因子間相互作用を中心とした転写因子の知識のデータベース化と整備,転写因子結合部位予測の精度向上,転写因子間相互作用に基づく転写制御構造の予測,そして実際の実験系でのプロモータ配列の解析を行なった.まず,文献検索では,医学生物学文献抄録データベースMEDLINE上で(A)(ヒトまたは脊椎動物)かつ(転写因子)かつ(タンパク相互作用)かつ(雑誌),(B)(転写因子)かつ(TAF),(C)(転写因子)かつ(TBP),そして一般学術雑誌のreview記事中の引用文献をもとに2165文献を得た.次に文献内でタンパク質名などの専門用語を我々によって既開発のパーザによって特定し,また文献内から,(a)相互作用の関係,(b)作用物質A,(c)作用物質B,(d)相互作用後の複合体名,(e)実験細胞名,(f)生物種,(g)その他コメントというフレームスロットを考慮し,上記2165文献から実際にファクトを抽出した.次に相互作用推論パーザの基礎的な部分を構築し,解析を試みた.転写開始点やTBPなど主となる転写因子結合および相互作用に関しては,系統的な解析が可能になった.さらにreview集などによって確立した知識と,speculativeな知識を分けることを行なった.またp53四量体の結合配列のように,因子どうしの構造が具体的にわかっている場合には,そのような知識を個別に整備し,より精度の高い推定を可能とした.その結果はマイクロアレイによる発現プロファイルの解析で,p53の上流制御遺伝子の推定という形に反映された.

【研究種目】奨励研究(A)

【研究期間】1999 - 2000

【配分額】2,100千円 (直接経費: 2,100千円)