課題番号 ０３Ａ－１１

研究題目

共同利用 A-3 ゲノム編集マウス作製

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）。ヒストンバリアント H3mm18 については、部分的に論部発表を行い(Nucleic Acids Res. 2021)、加えてマウス部分については別途執筆中である（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 ts ChIL を開発した(Mol Syst Biol. 2021)。
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。
更 に 空 間 オ ミ ク ス 技 術 (Photo-IsolationChemistry:PIC)を開発し、今後は組織な構造を保持した単一細胞オミクス開発にシフトしていく(Nat Commun., 2021)。
[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.

2.

3.

Hirai S, …, *Ohkawa Y, *Kurumizaka H.
Unusualnucleosome
formation
andtranscriptome influence by the histone
H3mm18 variant.
Nucleic Acids Res. 50(1):72-91.
Goya T, …, Ohkawa Y, …, Suzuki A. Direct
Conversion of Human Endothelial Cells IntoLiver
Cancer-Forming
Cells
Using
Nonintegrative Episomal Vectors.
Hepatol Commun. 2022
Uchino S, …, Ohkawa Y, Tokunaga M,Kimura H.

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11.

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13.

Live imaging of transcription sites using anelongating RNA polymerase II-specific probe.
J Cell Biol. 221(2):e202104134. 2022
Kaneshige A, …, Ohkawa Y, …, Fukada
SI.Relayed signaling between mesenchymal
progenitors and muscle stem cells ensures
adaptive stem cell response to increased
mechanical load.
Cell Stem Cell. 29(2):265-280.e6. 2022
Harada A, Kimura H, *Ohkawa Y. Recent
advances in single-cell epigenomics.
Curr Opin Struct Biol. 71:116-122. 2022
Bartlett DA, …, Ohkawa Y, …, Gilbert DM.
High-throughput
single-cell
epigenomic
profiling by targeted insertion of promoters(TIP-seq).
J Cell Biol. 220(12):e202103078. 2022
Hayashi-Takanaka Y, …, Ohkawa Y, …,Hiraoka Y. Chromatin loading of MCM
hexamers is associated with di-/trimethylation of histone H4K20 toward
S phase entry.
Nucleic Acids Res. 49(21):12152-12166. 2022
Fujii T, Maehara K, Fujita M, *Ohkawa
Y.Discriminative feature of cells characterizes
cell populations of interest by a small subsetof genes.
PLoS Comput Biol. 17(11):e1009579. 2022
Christianto A, …, Ohkawa Y, Morohashi KI.
Sex differences in metabolic pathways areregulated by Pfkfb3 and Pdk4 expression inrodent muscle.
Commun Biol. 4(1):1264. 2022
Katada S, …, Ohkawa Y, …, Nakashima K.
Neural stem/precursor cells dynamicallychange their epigenetic landscape todifferentially respond to BMP signaling forfate switching during brain development.
Genes Dev. 35(21-22):1431-1444. 2022
Maehara K, …, Ohkawa Y. Modeling
population
size
independent
tissueepigenomes by ChIL-seq with single thinsections.
Mol Syst Biol. 17(11):e10323. 2022
Wu Q, …, Ohkawa Y.
Genome-wide analysis of chromatin structurechanges upon MyoD binding in proliferative
myoblasts during the cell cycle.
J Biochem. 169(6):653-661. 2022
Matsuzaki F, …, Ohkawa Y, …, Kubota H.

14.

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17.

18.

19.

An extensive and dynamic trans-omic
network illustrating prominent regulatory
mechanisms in response to insulin in the liver.
Cell Rep. 36(8):109569. 2022
Kamikaseda Y, …, Ohkawa Y, …, Fukui Y.
Targeted inhibition of EPAS1-driven IL-31
production by a small-molecule compound.
J Allergy Clin Immunol. 148(2):633-638. 2022
Honda M, …, *Ohkawa Y. High-depth spatialtranscriptome analysis by photo-isolation
chemistry.
Nat Commun. 12(1):4416. 2022
Miyawaki-Kuwakado A, …, *Ohkawa Y.
Transcriptome analysis of gene expression
changes upon enzymatic dissociation inskeletal myoblasts.
Genes Cells. 26(7):530-540. 2022
Yoshioka K, …, Ohkawa Y, Ono Y. Hoxa10
mediates positional memory to govern stem
cell function in adult skeletal muscle.
Sci Adv. 7(24):eabd7924. 2022
Maemura M, …, Ohkawa Y, Tsukada YI.
Totipotency of mouse zygotes extends tosingle blastomeres of embryos at the four-cellstage.
Sci Rep. 11(1):11167. 2022
Tachiwana H, …, Ohkawa Y, …, Saitoh N.
Chromatin
structure-dependent
histoneincorporation revealed by a genome-wide
deposition assay.
Elife. 10:e66290. 2022[3-2]学会発表
1. 大川恭行．骨格筋再性能を制御するクロマチン
構造等その破綻．2020.WEB 開催
第 94 回日本生化学会大会，WEB 開催．
2.

大川恭行．空間マルチオミクスの展開～エピゲ
ノム, トランスクリプトームからプロテオームの空間計測の試み～. がん研セミナー，東京．

3.

2020.大川 恭行．(2021)
Yasuyuki Ohkawa “ IdentificationandAnalysis of Minor Histone Variants”．EMBO
Workshop Physiology and function of histone

variants， 2020.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。