組織・研究内容

研究課題名

複製サイクルにおけるエピゲノム情報と高次クロマチン構造との連携の解明

研究代表者

油谷 浩幸
Hiroyuki Aburatani
東京大学先端科学技術研究センター・教授
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研究分担者

永野 隆
Takashi Nagano
大阪大学蛋白質研究所・特任教授

研究内容

多細胞生物における細胞の多様性は、エピゲノムやクロマチン高次構造など細胞種特異的な「非ゲノム情報」に基づいて生ずる。非ゲノム情報もゲノム情報と同様に細胞周期サイクルに沿って複製されるが、その二者の複製には密接な関連があり、例えばゲノム情報が早期に複製されるクロマチンドメインでは非ゲノム情報の複製がより忠実に行われる。しかし非ゲノム情報は従来均一と見なされてきた細胞集団内においても細胞毎に異なる上に、細胞集団を対象とする解析では細胞周期進行に沿って連続的に追跡することも容易ではなく、非ゲノム情報の複製と制御に関する研究は困難であった。
これらエピゲノムの多様性を理解するには一細胞からエピゲノム修飾・遺伝子発現・オープンクロマチンなどのマルチオミクス情報を取得する技術開発が必須である。1細胞Hi-C法はクロマチン高次構造(空間情報)のみならず細胞周期上の擬似的な位置(時間情報)を同一細胞から得ることができる。本研究課題では脂肪細胞・心筋細胞分化系、オルガノイド3次元培養系や領域内研究者との連携によって、細胞の運命選択に伴うエピゲノム情報の複製および制御、さらには高次クロマチン構造との連携を1細胞解像度で明らかにすることを目指す。

主な論文

  1. Nomura S, …, Aburatani H, Komuro I. Cardiomyocyte gene programs encoding morphological and functional signatures in cardiac hypertrophy and failure. Nat Commun.;9(1):4435. 2018 (20人中19人目)
  2. Hama N, …, Aburatani H, Ito T, Shibata T. Epigenetic landscape influences the liver cancer genome architecture. Nat Commun. 9(1):1643. 2018 (15人中13人目)
  3. Hiraike Y, …, Aburatani H, *Yamauchi T, *Kadowaki T. NFIA co-localizes with PPARγ and transcriptionally controls the brown fat gene program. Nat Cell Biol. 19:1081-1092. 2017 (26人中24番目、co-corresponding)
  4. Kondo A, …, Aburatani H, Osawa T. Extracellular Acidic pH Activates the Sterol Regulatory Element-Binding Protein 2 to Promote Tumor Progression. Cell Rep. 18(9):2228-2242. 2017 (10人中9番目、co-corresponding)
  5. duVerle DA, Yotsukura S, Nomura S, Aburatani H, Tsuda K. CellTree: an R/bioconductor package to infer the hierarchical structure of cell populations from single-cell RNA-seq data. BMC Bioinformatics. 17(1):363. 2016
  6. Matsumura Y, …, Aburatani H, Sakai J. H3K4/H3K9me3 Bivalent Chromatin Domains Targeted by Lineage-Specific DNA Methylation Pauses Adipocyte Differentiation. Mol Cell. 60:584-96. 2015(15人中14番目)
  7. Totoki Y, …, Wheeler DA, *Aburatani H, *Shibata T. Trans-ancestry mutational landscape of hepatocellular carcinoma genomes. Nat Genet. 46:1267-73. 2014(48人中47人目)
  8. Kakiuchi M, …, Aburatani H, Ishikawa S. Recurrent gain-of-function mutations of RHOA in diffuse-type gastric carcinoma. Nature genet. 46(6):583-7. 2014(22人中21人目)
  9. Goda S, Isagawa T, Chikaoka Y, Kawamura T, Aburatani H. Control of Histone H3 Lysine 9 (H3K9) Methylation State via Cooperative Two-step Demethylation by Jumonji Domain Containing 1A (JMJD1A) Homodimer. J Biol Chem. 288(52):36948-56. 2013
  10. Fujii Y, …, Aburatani H, Hatakeyama M. CDX1 confers intestinal phenotype on gastric epithelial cells via induction of stemness-associated reprogramming factors SALL4 and KLF5. Proc Natl Acad Sci USA. 109:20584-9. 2012 (10人中9人目)
  11. Mitsuishi Y, …, Aburatani H, Yamamoto M, Motohashi H. Nrf2 redirects glucose and glutamine into anabolic pathways in metabolic reprogramming. Cancer Cell. 22:66-79. 2012 (8人中6人目)
  12. Kaneda A, …, Aburatani H. Activation of Bmp2-Smad1 signal and its regulation by coordinated alteration of H3K27 trimethylation in Ras-induced senescence. PLoS Genetics 7(11):e1002359. 2011(10名中10人目)
  13. Waki H, …, Aburatani H , Kadowaki T. Global Mapping of Cell-Type-Specific Open Chromatin by FAIRE-seq Reveals the Regulatory Role of the NFI Family in Adipocyte Differentiation. PLoS Genetics 7(10):e1002311. 2011(18名中17人目)
  14. Nagae G, Isagawa T, Shiraki N, …, Aburatani H. Tissue-specific demethylation in CpG-poor promoters during cellular differentiation. Hum Mol Genet. 20:2710-21. 2011 (17人中17人目)
  15. Wendt KS, …, Aburatani H, …,Shirahige K, Peters JM. Cohesin mediates transcriptional insulation by CCCTC-binding factor. Nature. 451(7180):796-801. 2008(18人中13番目)

 

  1. Nagano, T., et al. (10人中1番目) Cell-cycle dynamics of chromosomal organization at single-cell resolution. Nature 547, 61-67 (2017)
  2. Nagano, T., et al. (7人中1番目) Single-cell Hi-C for genome-wide detection of chromatin interactions that occur simultaneously in a single cell. Nature Protoc 10, 1986-2003 (2015)
  3. Nagano, T.et al. (6人中1番目) Comparison of Hi-C results using in-solution versus in-nucleus ligation. Genome Biol 16, 175 (2015)
  4. Schoenfelder, S. et al., Nagano, T. (24人中7番目) The pluripotent regulatory circuitry connecting promoters to their long-range interacting elements. Genome Res 25, 582-597 (2015)
  5. Nagano, T. et al. (9人中1番目) Single-cell Hi-C reveals cell-to-cell variability in chromosome structure. Nature 502, 59-64 (2013)