エピジェネティックメディスン研究会

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第16回講演会
日程
2024年2月24日(土)
会場
オンライン開催
参加者数
約30名
講演内容

基調講演1

「エピゲノム記憶による細胞制御と病態の分子基盤」
中尾 光善
熊本大学 発生医学研究所 細胞医学分野 教授

座長:佐谷 秀行
(藤田医科大学がん医療研究センター センター長)

高橋 暁子

 生物種の保存と進化は「ゲノムの編集」、個体の発生と環境適応は「エピゲノムの編集」と捉えることができる。エピゲノムの記憶は、とくに発生・成長期に繰り返し働く環境因子(食事・栄養など)に対する遺伝子応答を形成する。その後も同じ環境因子が作用すると速やかに適合できるが、環境因子が変化すると逆に不適合にもなりやすい。胎児期の低栄養による低出生体重児が成人期に心疾患、2型糖尿病や肥満などに罹りやすいなど、この考え方は「健康と病気の発生起源学説」(DOHaD:Developmental Origins of Health and Disease)につながっている。
私たちは、フラビン(FAD)依存性のリジン脱メチル化酵素LSD1がエネルギー代謝をエピジェネティックに調節することを報告してきた。肥満型の脂肪細胞や脂肪組織で高発現するLSD1を阻害すると、酸化的リン酸化およびエネルギー消費が促進されて、肥満とインスリン抵抗性が著しく改善した。また、骨格筋分化や若齢マウスでLSD1が速筋化(主に解糖)を促進し、他方、飢餓応答ホルモンとしてのグルココルチコイドがLSD1分解を介して遅筋化(主に酸化的リン酸化)を促した。すなわち、栄養環境に応じてLSD1が代謝型分化を調節することを示している。こうした代謝特性と連結する速筋・遅筋のバランスは、成人病(肥満・糖尿病、サルコペニア、筋萎縮・筋肥大)の発症と病態に関わることが知られている。
さらに、エピゲノム酵素・転写因子に対するsiRNAライブラリーで探索したところ、線維芽細胞の早期老化と代謝活性化を顕著に誘導する分子群(ヒストンメチル化酵素SETD8、NSD2など)が判明し、細胞老化を防御する因子として位置づけられた。エピゲノムと代謝のリモデリングの観点から、エピゲノム記憶と表現型の形成、エピジェネティックな制御法について議論したい。また、エピゲノム、トランスクリプトーム、プロテオームなどのオミクスデータを統合的に自動解析する新規プラットフォームを紹介する。

基調講演2

「B型肝炎ウィルスを抑制する繰り返し配列を有する新規非コードRNAによるヒストン修飾制御」
幸谷 愛
東海大学医学部 基盤診療学系 先端医療科学 教授
大阪大学 微生物病研究所 感染腫瘍制御分野 教授

座長:安藤 潔
(東海大学医学部 血液・腫瘍内科 客員教授)

鬼塚 真仁

 B型肝炎ウイルス(HBV)がヒト肝細胞に感染すると、HBVゲノムが環状DNAになったcccDNAがヒト肝細胞の核内に残存し一生涯保持される。それゆえ既存のウィルス産生抑制剤は一生涯服用することが必要とされ、HBV診療における深刻な問題となっている。我々は、Toll様受容体(TLR)によって誘導されるいくつかのユニークな7塩基の繰り返し配列を持つ新規のcccDNA結合性非コードRNA(ncRNA)を同定した。このncRNAは、繰り返し配列依存的にプレゲノムRNA(pgRNA)をダウンレギュレーションすることにより、cccDNAを有意に減少させる。その作用機序は、ncRNAが、EEF1A1を介してHDAC2とタンパク質-RNA複合体を形成し、HBVの標的遺伝子座や宿主のスーパーエンハンサーを含むローカスにHDAC2をリクルートすることで、顕著なH3K27脱アセチル化とBRD4の除去をもたらすエピジェネティックな機序が示唆された。これらの結果は、ncRNAが病原体に対する宿主防御のために、H3K27脱アセチル化の標的特異性の決定に寄与し、治療標的となりうることを示す。

The 16th symposium
Speech

Special Lecture1

“Molecular basis of pathophysiology regulated by epigenomic memory”
Mitsuyoshi Nakao
Professor, Institute of Molecular Embryology and Genetics, Kumamoto University

Akiko Takahashi

Species conservation and evolution depend on ‘genome editing’, while development and environmental adaptation are controlled by ‘epigenome editing’. Particularly, epigenetic memory and the resulting gene regulation occur against repeated environmental factors during development. After that, if the same environmental factor acts, the body can be adapted quickly, but if the environmental factor changes, it is likely to become incompatible. This represents ‘DOHaD (Developmental Origins of Health and Disease) theory’.
We reported that the flavin-dependent lysine demethylase LSD1 epigenetically regulates energy metabolism under environmental conditions. LSD1 inhibition in adipocytes and adipose tissues promoted oxidative phosphorylation and energy expenditure, resulting in a reduction of obesity and insulin resistance. In addition, LSD1, which is highly expressed in cancer cells, suppressed oxidative phosphorylation and stabilized HIF-1 to activate a metabolic pathway dominated by glycolysis (Warburg effect). We also found that LSD1 controls the balance of muscle fiber types (fast/slow muscles) and metabolic types (glycolysis/oxidative phosphorylation) in skeletal muscles. LSD1 inhibition enhanced slow muscle differentiation and oxidative phosphorylation. Thus, LSD1 activities regulate metabolic phenotypes.
Furthermore, using the siRNA library, we identified that specific epigenetic factors (such as histone methylases SETD8 and NSD2) protect cellular senescence. We will discuss the significance of epigenetic memory and phenotypic variation from a view of epigenome and metabolic remodeling, and the new integrated platforms that automatically analyze various types of multi-omics data such as epigenome, transcriptome and proteome.

Special Lecture2

“Regulation of histone modifications by a novel non-coding RNA with repetitive sequences that suppresses the hepatitis B virus”
Ai Kotani
Department of Regulation of Infectious Cancer, Research Institute for Microbial Diseases, Osaka University

Motoyuki Otsuka

The genome of the hepatitis B virus (HBV) consists of circular DNA. When HBV infects human hepatocytes, it deposits covalently closed circular DNA (cccDNA) in the nucleus of those cells that is retained for life. Therefore, existing drugs that inhibit virus production require lifelong use, which is a serious problem with the treatment of HBV. We have identified a novel cccDNA-binding non-coding RNA (ncRNA) with several unique 7-nucleotide repeats that are induced by Toll-like receptors (TLRs). This ncRNA significantly reduces cccDNA by downregulating pregenomic RNA (pgRNA) in a repeat-dependent manner. The ncRNA forms a protein-RNA complex with HDAC2 via EEF1A1 and recruits HDAC2 to loci containing HBV target loci and host super-enhancers, suggesting an epigenetic mechanism of action that results in significant H3K27 deacetylation and BRD4 removal. These results indicate that ncRNAs help to determine the target specificity of H3K27 deacetylation to defend the host against pathogens and that those ncRNAs may be therapeutic targets.

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