HOME幹細胞の運命決定に関わるクロマチン複製機構の解明

組織・研究内容

総括班

幹細胞の運命決定に関わるクロマチン複製機構の解明

研究代表者

[sc name=”Iwama”]

研究分担者

[sc name=”Kitamura” ]

研究内容

幹細胞の細胞形質が細胞分裂後も娘細胞に継承される過程が自己複製であり、その破綻が分化といえる。この幹細胞の運命決定に関わるのが細胞分裂時のクロマチン複製様式である。エピゲノム修飾も含めてクロマチンは自己複製時には対称性に、分化時には非対称性に複製されることが想定されるが、その実態はいまだ確認されていない。岩間はポリコーム群複合体による可逆的な遺伝子発現抑制が造血幹細胞の自己複製と分化の制御に重要であり、その破綻が造血器腫瘍の発症につながることを明らかにした。本研究においては、造血幹細胞とその分裂によって生じる2 つの娘細胞のシングルセル解析を行い、それらのクロマチン複製様式を明らかにする。具体的には油谷・永野と共同で、シングルセルATAC-Seq によるオープンクロマチン領域解析、シングルセルHi-C 解析によるトポロジカル関連ドメイン (TAD) 解析、ならびにシングルセルRNA-seq を行い、造血幹細胞の分裂様式をクロマチン複製と遺伝子発現の観点から理解する。分担研究者の北村は、多様なヒストン修飾が複製される分子機構について、なかでも細胞が分裂する際に一番早く複製されると言われているヒストンH3K4のメチル化の複製機構を中心として調べる。北村らは、ゲノム上でASXL1結合がH3K4me3と相関すること、ASXL1がCDK1によってリン酸化されること、ASXL1がMLLと結合すること、変異型ASXL1ノックイン（ASXL1-MT-KI）マウスのH3K4me3が低下し、造血幹細胞が減少することを明らかにし、ASXL1が細胞分裂に伴うヒストンH3K4me3複製に重要な役割を果たすこと、その破綻が造血幹細胞の減少および機能低下を誘導するという仮説を立てた。本研究ではアフリカツメガエルのASXLやMLL遺伝子をクローニングし、卵母細胞抽出物を利用してDNA複製再構成系を構築し、ASXL1とヒストン修飾（H3K4me3）複製の関係を明らかにする。

主な論文

岩間厚志

  1. Miyagi S, et al., *Iwama A. (15 人中15 番目) The chromatin binding protein Phf6 restricts the self-renewal of hematopoietic stem cells. Blood 133, 2495-2506 (2019)
  2. Tara S, et al., et al., *Iwama A. (15 人中15 番目) Bcor insufficiency promotes initiation and progression of myelodysplastic syndrome. Blood 132, 2470-2483 (2018)
  3. Wang C, et al., et al., *Iwama A (16 人中15 番目), *Sashida G. Ezh2 loss promotes transformation of early T cell precursors by propagating pathogenic DNA hyper-methylation at T-cell developmental regulator genes. J Clin Invest 128, 3872-3886 (2018)
  4. Tanaka T, et al., et al., *Iwama A. (15 人中15 番目) Internal deletion of BCOR reveals a tumor suppressor function for BCOR in T lymphocyte malignancies. J Exp Med 210, 2901-2913 (2017)
  5. Seki M, et al., Iwama A, et al., *Ogawa S, *Takita J. (40 人中44 番目) Recurrent PU.1 (SPI1) fusions in high-risk pediatric T cell acute lymphoblastic leukemia. Nat Genet 49, 1274-1281 (2017)
  6. Koide S, et al., *Iwama A. (19 人中19 番目) Setdb1 maintains hematopoietic stem and progenitor cells by restricting the ectopic activation of non-hematopoietic genes. Blood 128, 638-649 (2016)
  7. Sashida G, et al., *Iwama A. (11 人中11 番目) The loss of Ezh2 cooperates with an active JAK2 mutant in the pathogenesis of myelofibrosis and sensitizes tumor-initiating cells to bromodomain inhibition. J Exp Med 213, 1459-1477 (2016)
  8. Mochizuki-Kashio M, et al., *Iwama A. (8 人中8 番目) Ezh2 loss in hematopoietic stem cells predisposes mice to develop heterogeneous malignancies in an Ezh1-dependent manner. Blood 126, 1172-1183 (2015)
  9. Mishima Y, et al., *Iwama A. (19 人中19 番目) Histone acetylation mediated by Brd1/Brpf2 is crucial for Cd8 gene activation during early thymocyte development. Nat Commun 5, 5872 (2014)
  10. Sashida G, et al., *Iwama A. (16 人中16 番目) Ezh2 loss promotes development of myelodysplastic syndrome but attenuates its predisposition to leukemic transformation. Nat Commun 5, 4177 (2014)
  11. Muto T, et al., Oshima M, et al., *Iwama A. (20 人中20 番目) Concurrent loss of Ezh2 and Tet2 cooperates in the pathogenesis of myelodysplastic disorders. J Exp Med 210, 2627-2639 (2013)
  12. Oguro H, et al., *Iwama A. (10 人中10 番目) Lethal myelofibrosis induced by Bmi1-deficient hematopoietic cells unveils a tumor suppressor function of the polycomb group genes. J Exp Med 209, 445-454 (2012)
  13. Yamazaki S, et al., Iwama A, *Nakauchi H. (10 人中9 番目) Non-myelinating Schwann cells in the mouse bone marrow niche maintain haematopoietic stem cell hibernation through TGF-β signaling. Cell 147, 1146-1158 (2011)
  14. Oguro H, et al., *Iwama A. (8 人中8 番目) Poised lineage specification in multipotent hematopoietic stem and progenitor cells by the polycomb protein Bmi1. Cell Stem Cell 6, 279-286 (2010)
  15. *Iwama A, (10 人中1 番目) et al., *Nakauchi H. Enhanced self-renewal of hematopoietic stem cells mediated by the polycomb gene product, Bmi-1. Immunity 21, 843-51 (2004)

 

北村俊雄

  1. Asada S, et al., *Kitamura T.（20 人中20 番目）Mutant ASXL1 cooperates with BAP1 to promote　myeloid leukaemogenesis. Nat Commun 9, 2733 (2018)
  2. Nagase R, et al., *Kitamura T.（20 人中20 番目）Expression of mutant Asxl1 perturbs hematopoiesis　and promotes susceptibility to leukemic transformation. J Exp Med 215, 1279-1247 (2018)
  3. Inoue D, et al., *Kitamura T.（22 人中22 番目）A novel ASXL1-OGT axis plays roles in H3K4 methylation and tumor suppression in myeloid malignancies. Leukemia 32, 1327-1337 (2018)
  4. Kawabata K, et al., *Kitamura T.（17 人中17 番目）High expression of ABCG2 induced by EZH2 disruption has pivotal roles in MDS pathogenesis. Leukemia 32, 419-428 (2018)
  5. Inoue D, et al., *Kitamura T.（24 人中24 番目）Myelodysplastic syndromes are induced by histone methylation–altering ASXL1 mutations. J Clin Invest 123, 4627-4640 (2013)