課題番号 ０２Ａ－８

研究題目 新規ヒストン H3 バリアント遺伝子群の機能解析

研究組織研究代表者：大川恭行 （九州大学生体防御医学研究所）
共同研究者：竹本龍也（徳島大学先端酵素学研究所）【1】研究の概要[1-1]本研究の目的・概要
本研究は、開始して 4 年目になる。引き続き組織特異的なエピゲノム解析を進め、その全容解明を目指した。新規ヒストン H3 バリアント
遺伝子群の機能解析をノックアウトマウスに加えてノックインマウスの作製により進め、既に新規ヒストンバリアントについても解析を進め、ヒストン置換による遺伝子発現制御の全貌解明を行っていくこととした。
[1-2]研究の方法・経過昨年度は、新たなヒストンの同定にも成功し、今年度より新たな解析対象を追加している。解析対象として以下のヒストンバリアントの KOマウスを C57/BL6 を用いてゲノム編集技術
Crispr/Cas9 により作成した。竹本グループにより開発された高効率に受精卵でゲノム編集を行う手法により、14 種類の個々のヒストン H3バリアント遺伝子を個別に破壊した 14 ラインを樹立した。これらは徳島大学にて飼育されオミクス解析に供与されてきた。特に 1 細胞オミクス的手法により多面的に表現型解析を行った。マウスの樹立から、解析までを九州大学生
体防御医学研究所にて体系的に行った。また、本年度はその解析に必要な技術開発も並行して行った。
【2】研究成果[2-1]本共同研究で明らかになった研究成果
昨年度に引き解析を行っており、クロマチンに取り込まれないヒストンバリアント H3mm18,H3mm15 の解析を終えた（投稿中）。また、これまで作成した全マウスの解析結果を統合した（投稿準備中）。同時に、極めて少数の細胞を用いてエピゲノム情報を取得できる「クロマチン挿入標識（Chromatin Integration Labeling: ChIL)」法を発展させた multi-tg ChIL を開発した(NatProtoc. 2020)。本手法は、細胞を破壊することなく、任意の転写因子やヒストン修飾などが存在する領域の塩基配列を増幅することができる。
また、複数抗体を用いて解析ができるため、遺伝子発現を制御する転写因子の結合位置やヒストン修飾を単一の細胞で測定することが可能になった。
[2-2]本共同研究による波及効果及び今後の発展性
本研究の進展に伴いヒストン遺伝子の生物学的意義の全貌が明らかになりつつある。また、同時に必要となる技術開発を行うことが可能になったため、手法より深い解析が進みつつある。特に本研究により開発された手法は、胚発生や細胞分化の制御機構など生命現象を制御する分子機構の解明に極めて有用であると考えられ今後も継続的な成果発表を期したい。
【3】主な発表論文等[3-1]論文発表
1. Qianmei Wu, Takeru Fujii, Akihito Harada,
Kosuke Tomimatsu, Atsuko MiyawakiKuwakado, Masatoshi Fujita, Kazumitsu
Maehara, Yasuyuki Ohkawa. Genome-wide
analysis of chromatin structure changes uponMyoD binding in proliferative myoblasts during
the cell cycle. J Biochem. 2021.
2. Isao Tamura, Ryo Maekawa, Kosuke Jozaki,Yasuyuki Ohkawa, Haruka Takagi, Yumiko
Doi-Tanaka, Yuichiro Shirafuta, Yumiko
Mihara, Toshiaki Taketani, Shun Sato, Hiroshi
Tamura, Norihiro Sugino. Transcription factor
C/EBPβ induces genome-wide H3K27ac andupregulates
gene
expression
duringdecidualization of human endometrial stromalcells. Mol Cell Endocrinol 520:111085, 2021.
3. Yuki Sakamoto, Mayuko Sato, Yoshikatsu Sato,

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Akihito Harada, Takamasa Suzuki, Chieko Goto,Kentaro Tamura, Kiminori Toyooka, Hiroshi
Kimura, Yasuyuki Ohkawa, Ikuko HaraNishimura,
ShingoTakagi,Sachihiro
Matsunaga. Subnuclear gene positioning
through lamina association affects copper
tolerance. Nat Commun. 11:5914, 2020.
Hiroki Inada, Miyako Udono , Kanae MatsudaIto, Kenichi Horisawa, Yasuyuki Ohkawa,Shizuka Miura, Takeshi Goya, Junpei
Yamamoto, Masao Nagasaki, Kazuko Ueno,Daisuke Saitou, Mikita Suyama, Yoshihiko
Maehara, Wataru Kumamaru, Yoshihiro Ogawa,
Sayaka Sekiya, Atsushi Suzuki. Direct
reprogramming of human umbilical vein- andperipheral blood-derived endothelial cells into
hepatic progenitor. Cells. Nat Commun,
11:5292, 2020.
Tomoko Yamaguchi, Yumi Ikeda, Katsuhisa
Tashiro, Yasuyuki Ohkawa, Kenji Kawabata.
The role of galanin in the differentiation ofmucosal mast cells in mice. Eur J Immunol.
50:110-118. 2020.
Junichiro Yuda, Jun Odawara, Mariko Minami,
Tsuyoshi Muta, Kentaro Kohno, Kazuki
Tanimoto, Tetsuya Eto, Takahiro Shima,
Yoshikane Kikushige, Koji Kato, Katsuto
Takenaka, Hiromi Iwasaki, Yosuke Minami,Yasuyuki Ohkawa, Koichi Akashi, Toshihiro
Miyamoto. Tyrosine kinase inhibitors induce
alternative spliced BCR-ABL Ins35bp variant
via inhibition of RNA polymerase II on
genomic BCR-ABL. Cancer Sci. 111:23612373. 2020.
Kenichi Horisawa, Miyako Udono, Kazuko
Ueno, Yasuyuki Ohkawa, Masao Nagasaki,
Sayaka Sekiya, Atsushi Suzuki. The Dynamicsof Transcriptional Activation by Hepatic
Reprogramming Factors. Mol CellS 79:660-676.
2020.
Tomoko Yamaguchi, Yumi Ikeda, Katsuhisa
Tashiro, Yasuyuki Ohkawa, Kenji Kawabata
The role of galanin in the differentiation ofmucosal mast cells in mice. Eur J Immunol,
50:110-118. 2020.
Hiroshi Ochiai, Tetsutaro Hayashi, Mana
Umeda, Mika Yoshimura, Akihito Harada,
Yukiko Shimizu, Kenta Nakano, Noriko Saitoh,
Zhe Liu, Takashi Yamamoto, Tadashi Okamura,
Yasuyuki Ohkawa, Hiroshi Kimura, Itoshi

Nikaido.Genome-wide kinetic properties oftranscriptional bursting in mouse embryonicstem cells. Sci Adv. 6:eaaz6699. 2020.
10. †Tetsuya Handa, Akihito †Harada, Kazumitsu
Maehara†, Shoko Sato, Masaru Nakao, Naoki
Goto, Hitoshi Kurumizaka, Yasuyuki Ohkawa,Hiroshi Kimura.Chromatin integration labelingfor mapping DNA-binding proteins andmodifications with low input. Nat Protoc.
15:3334-3360. 2020.
11. Misuzu Kurihara, Kagayaki Kato, Chiaki Sanbo,
Shuji Shigenobu, Yasuyuki Ohkawa, Takeshi
Fuchigami, Yusuke Miyanari. Genomic
Profiling by ALaP-Seq Reveals Transcriptional
Regulation by PML Bodies Through DNMT3A
Exclusion. Mol Cell. 78:493-505.e8. 2020.
12. Junichiro Yuda, Jun Odawara, Mariko Minami,
Tsuyoshi Muta, Kentaro Kohno, Kazuki
Tanimoto, Tetsuya Eto, Takahiro Shima,
Yoshikane Kikushige, Koji Kato, Katsuto
Takenaka, Hiromi Iwasaki, Yosuke Minami,
Yasuyuki Ohkawa, Koichi Akashi, Toshihiro
Miyamoto. TKIs Induce Alternative Spliced
BCR-ABL Ins35bp Variant via Inhibition ofRNA Polymerase Ⅱ on Genomic BCR-ABL.
Cancer Sci. 2020.
[3-2]学会発表
1. 大川恭行.単一細胞マルチオミクスに向けたクロマチン挿入標識法の開発. 第 19 回
日本再生医療学会総会.2020.WEB 開催
2. 大 川 恭 行 .Chromatin integration
labeling Technology for expanding
multi-omics. 理研エピゲノム操作プロジェクトセミナー.2020.WEB 開催
3. 大川恭行.トランスクリプトミクスによる骨格筋細胞分化能の解明. 第 19 回日本再生医療学会総会.2020.WEB 開催
4. 大川恭行.クロマチンダイナミクスの理解に向けた同時マルチオミクスの開発. 第43 回日本分子生物学会.2020.WEB 開催
5. 大川恭行.『配偶子インテグリティの構築』『全能性プログラム』合同公開シンポジウ
ム 2020.2021.WEB 開催
6. 大 川 恭 行 . 第 8 回 骨 格 筋 生 物 学会.2021.WEB 開催【4】今後の課題等
今後の課題、その他等
極めて順調に推移しており、継続的な研究の進展を期したい。