人工遺伝子スイッチＳＡＨＡ－ＰＩＰによる心筋細胞の誘導

人工基因开关SAHA-PIP诱导心肌细胞

• 批准号: 15J02111
• 负责人: 谷口 純一
• 金额: $ 1.79万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2015
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2015-04-24 至 2018-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15J02111/
• 关键词: ピロールイミダゾールポリアミド; 遺伝子発現制御; エピジェネティクス; ヒストンアセチル化; ブロモドメイン; 人工ヒストンコード; SOX2; ヒト多能性幹細胞; 分化誘導制御; 人工遺伝子スイッチ; DNA結合分子

前年度（平成２８年度）はヒト多能性幹細胞から中胚葉への分化を阻害する転写因子SOX2の結合DNA配列を標的としたPIPにより、中胚葉誘導と心筋細胞の分化誘導を達成した。本年度（平成２９年度）はこのPIPの詳細な評価を行うとともに、中胚葉誘導プロトコルを最適化した。これらの成果は国際学術誌Nucleic Acids Researchに掲載された。一方、遺伝子活性化に関して、SAHA-PIPの遺伝子活性化能は不安定であった。この理由としてSAHA-PIPの作用がHDACの阻害による間接的なものであることが考えられ、より直接的にヒストンアセチル化を誘導する分子の開発が望まれた。そこで今年度私は、新たなヒストンアセチル化誘導分子としてBi-PIPを開発した。Bi-PIPはP300/CBP選択的なブロモドメイン阻害剤とPIPから成る分子であり、標的DNA配列へヒストンアセチル基転移酵素P300/CBPを直接リクルートすることでアセチル化を誘導すると期待された。試験管内の実験により、実際にBi-PIPが標的配列を有するヌクレオソームのヒストンをアセチル化することが明らかとなった。また、培養細胞を用いた実験により、Bi-PIPが細胞内でも配列選択的にヒストンアセチル化を誘導し、遺伝子発現を変化させることが示唆された。細胞内でP300/CBPのブロモドメインはアセチル化ヒストンを認識・結合し、近傍のヒストンを新規アセチル化することでヒストンアセチル化の伝搬へ貢献している。このことから、Bi-PIPはP300/CBPのブロモドメインに認識されうるという点で、人工ヒストンコードととらえることができ、DNA配列選択的な新規エピゲノム制御分子としての利用が期待される。この研究結果は国際学術誌Journal of the American Chemical Societyへ投稿し、受理された。

在上一年（2016年）中，通过靶向转录因子SOX2的结合DNA序列来实现中胚层诱导和心肌细胞的分化，SOX2抑制了从人多能干细胞到中胚层的分化。今年（2017年），我们对该PIP进行了详细评估，并优化了中胚层诱导方案。这些结果发表在国际学术杂志核酸研究中。另一方面，Saha-PIP的基因激活能力与基因激活相关。这样做的原因是，Saha-PIP的效果是通过抑制HDAC而间接的，并且希望开发更直接诱导组蛋白乙酰化的分子。因此，今年我将Bi-PIP作为一种新的组蛋白乙酰化诱导分子开发。 BI-PIP是一种分子，由P300/CBP选择性溴脱域的抑制剂和PIPS组成，预计将通过直接募集组蛋白乙酰基转移酶P300/CBP诱导乙酰化来诱导乙酰化。体外实验表明，BI-PIP实际上是核小体的乙酰化组蛋白，具有靶序列。此外，使用培养细胞的实验表明，Bi-PIP会在细胞内诱导序列选择性组蛋白乙酰化，从而改变基因表达。 p300/CBP的溴结构域识别并结合细胞中的乙酰化组蛋白，并通过附近组蛋白的新乙酰化来促进组蛋白乙酰化的传播。因此，BI-PIP可以被识别为人造组蛋白代码，因为它可以被p300/cbp的溴结构域识别，并且有望用作选择DNA序列的新型表观依性调节分子。这项研究的发现已提交给《国际化学学会杂志》，并被接受。

项目成果

SYNTHETIC DNA-BINDING EPIGENETIC SWITCHES FOR CELL FATE CONTROL

用于细胞命运控制的合成 DNA 结合表观遗传开关

• 发表时间: 2015
• 作者: Junichi Taniguchi;Namasivayam Ganesh Pandian;Junetha Syed Jabarulla;Le Han;Shinsuke Sato;Anandhakumar Chandran;Toshikazu Bando;Hiroshi Sugiyama
• 通讯作者: Hiroshi Sugiyama

Targeted acetylation of nucleosomes by introducing artificial histone codes of acetylation at specific DNA sequences

通过在特定 DNA 序列处引入乙酰化的人工组蛋白代码来实现核小体的靶向乙酰化

• 发表时间: 2018
• 作者: Junichi Taniguchi;Shinji Ito;Hiroshi Sugiyama
• 通讯作者: Hiroshi Sugiyama

Biomimetic Artificial Epigenetic Code for Targeted Acetylation of Histones

用于组蛋白靶向乙酰化的仿生人工表观遗传密码

• DOI: 10.1021/jacs.8b01518
• 发表时间: 2018
• 期刊: Journal of American chemical society
• 作者: Taniguchi;J.; Feng;Y.; Pandian;G.; Hashiya;F.; Hidaka;T.; Hashiya;K.; Park;S.; Bando;T.; Ito;S.; Sugiyama;H.
• 通讯作者: H.

DNA sequence motif-targeted synthetic molecules for directed differentiation of pluripotent stem cells

用于多能干细胞定向分化的 DNA 序列基序靶向合成分子

• 发表时间: 2016
• 作者: TANIGUCHI;Junichi; NAMASIVAYAM;Ganesh Pandian; SATO;Shinsuke; BANDO;Toshikazu; SUGIYAMA;Hiroshi
• 通讯作者: Hiroshi

DNA Sequence-Specific Synthetic Gene Switches For Cell Fate Control

用于细胞命运控制的 DNA 序列特异性合成基因开关

• 发表时间: 2016
• 作者: Junichi Taniguchi;Ganesh Pandian Namasivayam;Toshikazu Bando;Hiroshi Sugiyama
• 通讯作者: Hiroshi Sugiyama