基調講演1
座長:佐谷 秀行
(藤田医科大学腫瘍医学研究センター センター長)
ヒトのからだを構成する多種多様な細胞は、時空間的な遺伝子発現制御のもとで厳密に生み出される。獲得した発現制御様式はエピゲノム情報として記憶される一方で、長期的には外的環境の刺激に対して柔軟に適応する可塑性を残す。この細胞がもつ可塑性は、がん組織における細胞不均一性を形成するだけでなく、臨床的にはしばしば治療抵抗性にも関与すると考えられている。次世代シークエンサーの発達により、こうした精密かつ動的な情報を網羅的に取得することが可能となり、疾患の分子病態に即した個別化医療に実装していくことが期待されている。本講演では、高解像化・高速化が進むエピゲノム解析技術を紹介するとともに、エピゲノム修飾制御異常の実際の解析例にふれながら、精密医療においてエピゲノム情報をどのように活用していくか、臨床応用に向けた今後の課題と可能性について議論したい。
基調講演2
座長:安藤 潔
(東海大学医学部 血液・腫瘍内科 客員教授
広島大学 特命教授)
老化はDNA損傷と修復に関連しており、SIRT6やDNA-PKといった因子と、DNA修復活性と寿命の相関も報告されている。一方で、ヒストン修飾やDNAメチル化制御を介した老化の調節も報告されており、山中因子(Oct4、Sox2、Klf4、c-Myc)を用いた老齢マウスや老化モデルにおける細胞機能や臓器機能改善が報告され、その分子理解に関心が高まっています。我々はDNA損傷とエピゲノムのそれぞれの相互作用と老化の分子メカニズムを解明し、後天的な老化への介入手法を開発することを目指している。
我々は、DNA損傷による老化促進の分子理解を進めるためにICEマウス(エピゲノムの誘導的変化: Inducible Changes in the Epigenome)と呼ばれる新しい老化モデルを開発している(Yang et al., 2024; Yang* and Hayano* et al., 2023 Cell; Kato et al., 2021 Dev. Cell)。ICEマウスでは、I-PpoIを用いて一過性で軽度なDNA損傷を誘導しますが、ゲノム配列に変化は観察されない。しかし、DNA損傷の誘導は、細胞特異的な遺伝子発現やヒストン修飾の変化(「アイデンティティの喪失」と呼ばれる)を引き起こし、脳、筋肉、骨などの様々な臓器で機能低下を伴う。
老化の特徴の一つは、獲得されたエピジェネティック情報の喪失と、それに伴う遺伝子発現の異常であり、これが老化の主要な分子メカニズムの一つである。ICEマウスにおいても、Oct4、Sox2、Klf4などの因子を使用することでエピジェネティック情報が改善できることから、ICEマウスモデルが老化を標的とした介入方法の開発に大きな可能性を持つことを示唆している。
Special Lecture1
A wide variety of cells are differentiated under strict regulation in a spatiotemporal manner during the development of the human body. While the acquired patterns of transcriptional regulation are stored as epigenomic modification, they show some plasticity in flexibly adapting to external environmental stimuli. This cellular plasticity is thought not only to shape cellular heterogeneity in cancer tissues but to be clinically often involved in therapeutic resistance. Recent advances in next-generation sequencers have made it possible to comprehensively profile such precise and dynamic information, which is expected to be implemented in personalized medicine in line with the molecular pathophysiology of diseases. In this lecture, I would like to introduce the examples of epigenomic technology, which are emerging in a higher resolution and with a higher throughput, and discuss how to utilize epigenome information in precision medicine and the future challenges toward clinical applications.
Special Lecture2
The mechanisms of aging are associated with DNA damage and repair, with various factors such as SIRT6 and DNA-PK attracting significant attention. In parallel, aging regulation through histone modifications and DNA methylation control has also been reported, and there is growing interest in rejuvenation using Yamanaka factors (Oct4, Sox2, Klf4, c-Myc). Our research focuses on elucidating the molecular mechanisms of aging through DNA damage and epigenome regulation and exploring intervention methods for aging. We have developed a novel aging model called the ICE (Inducible Changes in the Epigenome) mouse (Yang* and Hayano* et al., 2023 Cell; Kato et al., 2021 Dev. Cell). In ICE mice, transient and mild DNA damage is induced by I-PpoI, but no changes in the genomic sequence have been observed. However, the induction of DNA damage leads to changes in cell-specific gene expression and histone modifications, referred to as the "loss of identity," accompanied by functional decline in various organs, such as the brain, muscles, and bones. One hallmark of aging is the loss of acquired epigenetic information and the resulting gene expression abnormalities, which constitute a key molecular mechanism of aging. Furthermore, the fact that epigenetic information can be restored in ICE mice using factors such as Oct4, Sox2, and Klf4 suggests that the ICE mouse model holds great potential for the development of intervention methods targeting aging.
References
1) Yang JH, Hayano M, Rajman LA, Sinclair DA. Response to: The information theory of aging has not been tested. Cell. 2024 Feb 29;187(5):1103-1105.
2) Yang JH*, Hayano M*, Griffin PT, Amorim JA, Bonkowski MS, Apostolides JK, Salfati EL, Blanchette M, Munding EM, Bhakta M, Chew YC, Guo W, Yang X, Maybury- Lewis S, Tian X, Ross JM, Coppotelli G, Meer MV, Rogers-Hammond R, Vera DL, Lu YR, Pippin JW, Creswell ML, Dou Z, Xu C, Mitchell SJ, Das A, O'Connell BL, Thakur S, Kane AE, Su Q, Mohri Y, Nishimura EK, Schaevitz L, Garg N, Balta AM, Rego MA, Gregory-Ksander M, Jakobs TC, Zhong L, Wakimoto H, El Andari J, Grimm D, Mostoslavsky R, Wagers AJ, Tsubota K, Bonasera SJ, Palmeira CM, Seidman JG, Seidman CE, Wolf NS, Kreiling JA, Sedivy JM, Murphy GF, Green RE, Garcia BA, Berger SL, Oberdoerffer P, Shankland SJ, Gladyshev VN, Ksander BR, Pfenning AR, Rajman LA, Sinclair DA. Loss of epigenetic information as a cause of mammalian aging. Cell. 2023 Jan 9:S0092-8674(22)01570-7. *equal contribution
3) Kato T, Liu N, Morinaga H, Asakawa K, Muraguchi T, Muroyama Y, Shimokawa M, Matsumura H, Nishimori Y, Tan LJ, Hayano M, Sinclair DA, Mohri Y, Nishimura EK. Dynamic stem cell selection safeguards the genomic integrity of the epidermis. Dev Cell. 2021 Dec 20;56(24):3309-3320.e5