【研究領域課題番号】18K19139 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

腸内細菌 / ヒト共生菌 / 生合成 / ゲノム / 二次代謝産物 / 遺伝子発現

【研究成果の概要】

本研究において、放線菌由来抗腫瘍性化合物の生産系を確立し、他微生物での発現系の構築に向けた準備段階は終了した。また、ヒト感染性細菌代謝物の生理活性を明らかにし、その生合成酵素などのツールも取得している。腸内細菌のC-C結合開裂酵素においては、酵素の立体構造の知見がいくつかすでに得られており、これらを利用することでさらに有効な生理活性化合物を微生物生産することができる。今後、これらの遺伝子、代謝物、生合成酵素の知見を基盤として応用することで、 ヒト体内での発現手法の確立、腸内へのドラッグデリバリー手法を発展させることができる。

【研究の社会的意義】

本研究により、将来的にはガン治療のための微生物を用いた新規ドラッグデリバリーシステムの開発などが可能になる。ヒト由来嫌気性菌のビフィズス菌Bifidobacteriumを遺伝子組換え技術によって、長大な遺伝子導入が可能な株へと形質転換する。抗ガン化合物の生合成遺伝子クラスターを導入し、抗ガン化合物の生産が可能になる。本研究を土台として、ヒトと微生物間の共生関係における二次代謝産物の役割といった医学薬学的に重要な研究への展開が期待できる。ヒトに関連する複数の学問領域に寄与する。

【研究種目】挑戦的研究(萌芽)

【研究期間】2018-06-29 - 2020-03-31

【配分額】6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円)

【研究分野】腫瘍治療学

【研究領域課題番号】17K07214 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

大腸がん / 分子標的治療 / エピジェネティクス / ブロモドメイン / 遺伝子発現 / ゲノム

【研究成果の概要】

我々はこれまでに、ブロモドメインタンパク質ファミリーに属するBRD8が腫瘍組織で発現増加していることや、BRD8が調節する遺伝子群を明らかにしてきたが、その主要な機能ドメインであるブロモドメインについては不明な点が多かった。本研究において、細胞内でBRD8がヒストンタンパク質と相互作用すること、さらに既に開発されているブロモドメイン阻害剤（BETファミリー阻害剤）に対して感受性を示さないことが明らかとなった。加えて、BRD8ノックアウト大腸がん細胞はスフェロイド形成を抑制することが明らかになった。BRD8の機能阻害は大腸がんの有力な治療戦略になり得る可能性が示唆された。

【研究の社会的意義】

アセチル化修飾を受けたタンパク質を認識するブロモドメインは、有望な創薬（druggable）ターゲットである。BRD8はアミノ酸配列の違いから、創薬開発が進んでいるBETファミリー(BRD2、BRD3、BRD4およびBRDT)のブロモドメインとは区別され、その生物学的な役割は不明な点が多かった。これまでの我々の研究成果は、がんの発生や進展におけるBRD8の関与を裏付けるものであり、今後、BRD8のエピジェネティック情報認識機能や転写調節機能を標的（阻害）とする新しい抗がん剤開発への展開が期待される。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2017-04-01 - 2020-03-31

【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】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】生物系薬学

【研究領域課題番号】16K08249 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ヘルペスウイルス / 遺伝子治療 / 遺伝子発現 / インシュレーター / 無毒化 / 神経特異的 / 神経特異的遺伝子発現 / 神経細胞特異的遺伝子発現 / UL41 / ウィルス / ゲノム / 脳・神経 / 薬学 / 発現制御

【研究成果の概要】

本研究では、申請者らが開発した無毒化ヘルペスウイルス（HSV）ベクターシステムを応用して、神経特異的に治療遺伝子を送達できる新規遺伝子治療用担体の創出を目指している。同技術開発のために、本研究ではHSVゲノム上の神経特異的に転写活性化するTR領域に注目し、その遺伝子発現機構を解析した。その結果、TR領域に存在するインシュレーターが本領域からの遺伝子発現に重要な役割を果たしていること、また本制御配列の遺伝子改変により同領域からの遺伝子発現を有意に向上できることを見出した。本成果は、無毒化HSVベクターによる高度に制御された神経特異的遺伝子送達システムの創出の一助となると期待される。

【研究の社会的意義】

現在のウイルス製剤開発において最重要課題のひとつは標的組織特異的治療遺伝子の送達である。多くのウイルスベクターでは非特異的な遺伝子導入の抑制が不完全であり、未だ高精度な標的化遺伝子導入システムは存在しない。一方、我々は既にHSV糖タンパク質gD改変（細胞侵入を制御）及びにmiRNA認識配列（翻訳を制御）の利用による非特異的遺伝子導入抑制技術を確立している。これに本研究で着目するTR制御配列による標的細胞特異的転写制御技術（転写を制御）を融合すれば、極めて高精度な細胞標的化が可能となる。従って本研究成果は神経疾患に対するウイルス製剤を開発する上で理想的なプラットフォームを提供すると考えられる。

【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】構成的システム生物学

【研究領域課題番号】15KT0078 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ゲノム / 変異 / 遺伝子 / 遺伝子発現 / ゆらぎ / 大腸菌 / 変異率 / 進化 / ゲノム進化 / 進化生物学

【研究成果の概要】

本研究では、高頻度に変異が生じる条件で大腸菌を長期間培養し、蓄積したゲノム変異を解析した。得られた数千個の変異を解析した結果、ストレス応答に関わる遺伝子群に変異が集中しやすいことが分かった。また、増殖低下の要因は、有害変異の蓄積だけではなく、変異率増加そのものに起因することを突き止めた。さらに、変異は任意の塩基配列に完全にランダムに生じるのではなく、数塩基で構成される特定の塩基配列のモチーフに生じやすいことが分かった。これらの発見は、生じた変異への頑強さを付与する遺伝子の同定だけでなく、変異そのものが生じにくいゲノムを設計する上で重要な基礎的知見であると考えられる。

【研究の社会的意義】

変異は、遺伝情報に生じるエラーであり、病気の原因となるだけでなく、有用物質の生産性を低下させる原因になるなど、私たちの日常社会と深い関わりがあります。そのため、変異や変異の影響を抑制する原理の発見や技術開発が多くの学術分野で望まれています。本研究で得られた成果は、変異が細胞の増殖に与える悪影響に注目し、どのような遺伝子群が変異の有害作用の抑制に関わっており、どのような塩基配列であれば変異そのものが生じにくくなるかについて、示唆に富む情報を提供しています。本研究で得られた情報を基礎として発展させれば、変異に頑強でより安定な人工ゲノムを開発するなどの応用が可能になると期待されます。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2015-07-10 - 2019-03-31

【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】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】病態医化学

【研究領域課題番号】26860206 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

分子標的治療 / 大腸がん / 遺伝子発現 / エピジェネティクス / ゲノム

【研究成果の概要】

大腸がんで発現亢進を認めるブロモドメインタンパク質BRD8は、エピジェネティックな遺伝子発現調節に深く関わっているものと考えられるが、その標的となる遺伝子は明らかになっていない。本研究では遺伝子発現データ、ChIP-seqデータ、さらにChIA-PETデータを統合解析することにより、BRD8が直接制御する49遺伝子を同定した。この遺伝子群には、がんの発生や進展に関わる重要なシグナル経路を制御する遺伝子が含まれていた。BRD8はヒストンアセチル化酵素TIP60複合体の構成因子であることから、BRD8あるいはこの複合体を標的とする治療戦略は、新たながんの分子標的薬開発に役立つものと期待される。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2014-04-01 - 2016-03-31

【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】生態・環境

【研究領域課題番号】25251041 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

シロアリ / 社会性 / ゲノミクス / DNAメチル化 / カースト / 遺伝子発現 / 形態形成因子 / トランスクリプトーム / ゲノム / ソシオゲノミクス / カースト分化 / コミュニケーション / RNA-seq / 兵隊 / 分化経路 / 個体間相互作用 / フェロモン / 形態形成

【研究成果の概要】

本研究課題では、社会性昆虫であるシロアリ類について、社会性のゲノム基盤の解明を目的として近年飛躍的に進歩した次世代シーケンシング技術を用いた研究を進めてきた。トランスクリプトーム解析および遺伝子発現解析から、オオシロアリにおける兵隊カーストの分化過程における大顎形成に関わる遺伝子が同定された。また近縁種との比較から、シロアリ祖先系統で多くの遺伝子のアミノ酸非同義置換率が上昇し、正の自然選択圧働いていることが示された。さらに、遺伝子のメチル化のレベルとカースト特異的発現の間には負の相関があることと、遺伝子重複がカースト分化などの高度な社会性に繋がったことなどが示唆されている。

【研究の社会的意義】

アリやシロアリなどの社会性昆虫では、発生過程において個体の形態や行動が明確に分化する「カースト分化」という現象を伴う高度な社会性（真社会性）が見られる。これまで、近代的な分子生物学的手法を用いた研究がアリ・ハチを中心に行われてきたが、シロアリの社会性については研究が後れており、社会性の原理の理解には至っていなかった。本研究では、シロアリのいくつかの種を用いて、トランスクリプトームおよびゲノム解析から、社会性に関わるゲノム基盤を解明しようとするもので、研究開始当初には想像だにしなかった多くの成果を得るに至っている。これらの研究成果から、動物の社会とは何かにつちえ答えが得られることが期待される。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2013-04-01 - 2018-03-31

【配分額】46,020千円 (直接経費: 35,400千円、間接経費: 10,620千円)

【研究分野】園芸学・造園学

【研究領域課題番号】23380021 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

園芸学 / ゲノム / 定量PCR / eQTL / トマト / 遺伝子発現 / QTL / 出葉角度 / 窒素 / エピスタシス

【研究成果の概要】

トマトの受光態勢や収量に大きな影響を及ぼすと考えられる草型に関わる量的形質遺伝子座（QTL）を検出した。草冠サイズに関わるQTLは葉長、下垂角度に関わるQTLと同一の領域にクラスター状に検出され、草冠サイズは下垂角度や葉長の影響を受けていることが明らかになった。また、地上部窒素濃度、硝酸トランスポーター、葉長のQTLも同一の領域に検出されたことから、窒素の体内での分布パターンが葉の成長に影響を及ぼしていることが示唆された。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2011-04-01 - 2014-03-31

【配分額】13,000千円 (直接経費: 10,000千円、間接経費: 3,000千円)

【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)

【研究分野】応用微生物学

【研究領域課題番号】22580097 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

きのこ / 光受容体 / 形態変化 / シイタケ / 子実体形成 / 光応答 / バイオインフォマティクス / 遺伝子発現 / 次世代型DNAシーケンサー / 遺伝子 / ゲノム / 応用微生物 / シグナル伝達 / 生体分子 / 農林水産物 / 発生・分化 / 子実体

【研究成果の概要】

きのこの子実体形成には光が必要である。シイタケの光受容体遺伝子 Le.cry は、担子菌初のクリプトクロム型光受容体をコードしていた。その産物Le.CRY の解析 の結果、青色光領域を吸収し子実体形成に関わることが示唆された。プロテオーム解析の結果、 リン酸化や糖鎖付加などの翻訳後修飾を介して、子実体形成に関わる代謝経路やシグナル伝達 経路が存在することが分かった。トランスクリプトーム解析の結果、光応答遺伝子群を網羅・ 同定した。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2010 - 2012

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

【研究分野】分子生物学

【研究領域課題番号】18570165 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

遺伝情報 / DNA高次構造 / ゲノム / DNAの物理的特性 / クロマチン / 遺伝子発現

【研究成果の概要】

I.ベントDNAが担う遺伝情報の解析
T20は、負の超らせんを擬態した180塩基対の合成ベントDNAである。我々はこれまでに、HeLa細胞のゲノム内でT20がクロマチンを制御して転写を活性化できることを明らかにしていた。本研究では、T20をもつレポーターをマウスES細胞のゲノムに導入し、ES細胞におけるその機能と細胞分化がその機能に及ぼす影響について解析した。その結果、T20はマウスES細胞内でも、また同細胞を肝細胞に分化させた後にも、下流につないだプロモーターを活性化できることが明らかになった。さらに、lacO/lacI-GFP法を用いて、ES細胞におけるレポーターの存在部位を解析した。64コピーのlacO配列をタンデムに並べたDNAを上記のレポーターにつなぎES細胞ゲノムに1コピー導入して解析したところ、レポーターが核の周縁部に局在していることが分かった。
II.DNAの物理的特性が担う遺伝情報の解析
DNAの柔軟性をゲノムワイドに解析できるコンピュータプログラムを開発し、出芽酵母第3染色体に存在する全ての高頻度組換え部位の柔軟性を解析した。その結果、高頻度組換え部位にはゲノムの平均的硬さに比べるとかなり柔らかいDNAが含まれていることが分かった。ゲノム全体を解析した結果からは、エクソン領域がイントロンや遺伝子間領域よりも柔らかいDNAでできていることが明らかになり、DNAの柔軟性がエクソンとイントロンの違いを"表示する"情報として機能している可能性が示唆された。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2006 - 2007

【配分額】3,950千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 450千円)