顔写真

オチアイ キヨウコ
落合 恭子
Kyoko Ochiai
所属
大学院医学系研究科 医科学専攻 細胞生物学講座(生物化学分野)
職名
助教
学位
  • 博士(医学)(広島大学)

e-Rad 研究者番号
10455785

経歴 4

  • 2021年7月 ~ 継続中
    東北大学プロミネントリサーチフェロー

  • 2011年 ~ 継続中
    東北大学大学院 医学系研究科生物化学分野 助教

  • 2007年 ~ 2011年
    シカゴ大学 Research associate

  • 2007年 ~
    東北大学大学院 医学系研究科生物化学分野 研究支援者

学歴 2

  • 広島大学 医歯薬学総合研究科 創生医科学専攻

    2002年4月 ~ 2007年1月

  • 広島大学 歯学部 歯学科

    1996年4月 ~ 2002年3月

研究キーワード 7

  • クロマチン制御

  • B細胞分化制御

  • 受容体シグナル伝達

  • 遺伝子発現ネットワーク

  • エピゲノム

  • 転写因子

  • 細胞分化

研究分野 2

  • ライフサイエンス / 免疫学 / 転写因子機能制御

  • ライフサイエンス / 医化学 /

受賞 1

  1. 東北大学プロミネントリサーチフェロー

    2021年7月 東北大学

論文 27

  1. Protocol for in vitro BCR-mediated plasma cell differentiation and purification of chromatin-associated proteins. 国際誌 招待有り 査読有り

    Kyoko Ochiai, Hiroki Shima, Tsuyoshi Ikura, Marissa C Franke, Evelyn P Sievert, Roger Sciammas, Kazuhiko Igarashi

    STAR protocols 2 (3) 100633-100633 2021年9月17日

    DOI: 10.1016/j.xpro.2021.100633  

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    Molecular-level understanding of plasma cell (PC) differentiation has been modeled using lipopolysaccharide (LPS) stimulation in vitro. However, this system does not involve the B-cell receptor (BCR)-a critical component of B cell biology. Here, we present a protocol for in vitro PC differentiation system dependent on BCR signaling that easily scales up for cell number-demanding applications, including protein complex purification. We describe how to set up this system and detail applications for endogenous complex purification of chromatin-associated proteins. For further details on the use and execution of this protocol, please refer to Sciammas et al. (2011) and Ochiai et al. (2018, 2020).

  2. Chromatin Protein PC4 Orchestrates B Cell Differentiation by Collaborating with IKAROS and IRF4. 国際誌 査読有り

    Kyoko Ochiai, Mari Yamaoka, Amrutha Swaminathan, Hiroki Shima, Hitoshi Hiura, Mitsuyo Matsumoto, Daisuke Kurotaki, Jun Nakabayashi, Ryo Funayama, Keiko Nakayama, Takahiro Arima, Tomokatsu Ikawa, Tomohiko Tamura, Roger Sciammas, Philippe Bouvet, Tapas K Kundu, Kazuhiko Igarashi

    Cell reports 33 (12) 108517-108517 2020年12月22日

    DOI: 10.1016/j.celrep.2020.108517  

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    The chromatin protein positive coactivator 4 (PC4) has multiple functions, including chromatin compaction. However, its role in immune cells is largely unknown. We show that PC4 orchestrates chromatin structure and gene expression in mature B cells. B-cell-specific PC4-deficient mice show impaired production of antibody upon antigen stimulation. The PC4 complex purified from B cells contains the transcription factors (TFs) IKAROS and IRF4. IKAROS protein is reduced in PC4-deficient mature B cells, resulting in de-repression of their target genes in part by diminished interactions with gene-silencing components. Upon activation, the amount of IRF4 protein is not increased in PC4-deficient B cells, resulting in reduction of plasma cells. Importantly, IRF4 reciprocally induces PC4 expression via a super-enhancer. PC4 knockdown in human B cell lymphoma and myeloma cells reduces IKAROS protein as an anticancer drug, lenalidomide. Our findings establish PC4 as a chromatin regulator of B cells and a possible therapeutic target adjoining IKAROS in B cell malignancies.

  3. Zinc finger-IRF composite elements bound by Ikaros/IRF4 complexes function as gene repression in plasma cell. 査読有り

    Ochiai K, Kondo H, Okamura Y, Shima H, Kurokochi Y, Kimura K, Funayama R, Nagashima T, Nakayama K, Yui K, Kinoshita K, Igarashi K

    Blood Advances 2 (8) 883-894 2018年4月

    DOI: 10.1182/bloodadvances.2017010413  

    ISSN:2473-9529

  4. The mTOR-Bach2 Cascade Controls Cell Cycle and Class Switch Recombination during B Cell Differentiation 査読有り

    Toru Tamahara, Kyoko Ochiai, Akihiko Muto, Yukinari Kato, Nicolas Sax, Mitsuyo Matsumoto, Takeyoshi Koseki, Kazuhiko Igarashi

    MOLECULAR AND CELLULAR BIOLOGY 37 (24) 2017年12月

    出版者・発行元:AMER SOC MICROBIOLOGY

    DOI: 10.1128/MCB.00418-17  

    ISSN:0270-7306

    eISSN:1098-5549

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    The transcription factor Bach2 regulates both acquired and innate immunity at multiple steps, including antibody class switching and regulatory T cell development in activated B and T cells, respectively. However, little is known about the molecular mechanisms of Bach2 regulation in response to signaling of cytokines and antigen. We show here that mammalian target of rapamycin (mTOR) controls Bach2 along B cell differentiation with two distinct mechanisms in pre-B cells. First, mTOR complex 1 (mTORC1) inhibited accumulation of Bach2 protein in nuclei and reduced its stability. Second, mTOR complex 2 (mTORC2) inhibited FoxO1 to reduce Bach2 mRNA expression. Using expression profiling and chromatin immunoprecipitation assay, the Ccnd3 gene, encoding cyclin D3, was identified as a new direct target of Bach2. A proper cell cycle was lost at pre-B and mature B cell stages in Bach2-deficient mice. Furthermore, AZD8055, an mTOR inhibitor, increased class switch recombination in wild-type mature B cells but not in Bach2-deficient cells. These results suggest that the mTOR-Bach2 cascade regulates proper cell cycle arrest in B cells as well as immunoglobulin gene rearrangement.

  5. Orchestration of plasma cell differentiation by Bach2 and its gene regulatory network 査読有り

    Kazuhiko Igarashi, Kyoko Ochiai, Ari Itoh-Nakadai, Akihiko Muto

    IMMUNOLOGICAL REVIEWS 261 (1) 116-125 2014年9月

    出版者・発行元:WILEY-BLACKWELL

    DOI: 10.1111/imr.12201  

    ISSN:0105-2896

    eISSN:1600-065X

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    Bach2 is a basic region-leucine zipper (bZip) transcription factor that forms heterodimers with small Maf oncoproteins and binds to target genes, thus repressing their expression. Bach2 is required for class switch recombination (CSR) and somatic hypermutation (SHM) of immunoglobulin genes in activated B cells. Bach2 represses the expression of Prdm1 encoding Blimp-1 repressor and thereby inhibits terminal differentiation of B cells to plasma cells. This causes a delay in the induction of Prdm1, thereby securing a time window for the expression of Aicda encoding activation-induced cytidine deaminase (AID) required for both CSR and SHM. Based on the characteristics of a gene regulatory network (GRN) involving Bach2 and Prdm1 and its dynamics, a 'delay-driven diversity' model was introduced to explain the responses of activated B cells. Bach2 is also required for the proper differentiation and function of peripheral T cells. In the absence of Bach2, CD4(+) T cells show increased differentiation to effector cells producing higher levels of Th2-related cytokines, such as IL-4 and IL-10, and a reduction in the generation of regulatory T cells. Bach2 represses many genes in T cells, including Prdm1, suggesting that the Bach2-Prdm1 pathway is also important in maintaining the homeostasis of T cells. Furthermore, Bach2 is essential for the function of alveolar macrophages. Therefore, Bach2 orchestrates both acquired and innate immunity at multiple points. Its connection with disease is also reviewed in this report.

  6. Orchestrating B cell lymphopoiesis through interplay of IL-7 receptor and pre-B cell receptor signalling 査読有り

    Marcus R. Clark, Malay Mandal, Kyoko Ochiai, Harinder Singh

    NATURE REVIEWS IMMUNOLOGY 14 (2) 69-80 2014年2月

    出版者・発行元:NATURE PUBLISHING GROUP

    DOI: 10.1038/nri3570  

    ISSN:1474-1733

    eISSN:1474-1741

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    The development of B cells is dependent on the sequential DNA rearrangement of immunoglobulin loci that encode subunits of the B cell receptor. The pathway navigates a crucial checkpoint that ensures expression of a signalling-competent immunoglobulin heavy chain before commitment to rearrangement and expression of an immunoglobulin light chain. The checkpoint segregates proliferation of pre-B cells from immunoglobulin light chain recombination and their differentiation into B cells. Recent advances have revealed the molecular circuitry that controls two rival signalling systems, namely the interleukin-7 (IL-7) receptor and the pre-B cell receptor, to ensure that proliferation and immunoglobulin recombination are mutually exclusive, thereby maintaining genomic integrity during B cell development.

  7. Transcriptional Regulation of Germinal Center B and Plasma Cell Fates by Dynamical Control of IRF4 査読有り

    Kyoko Ochiai, Mark Maienschein-Cline, Giorgia Simonetti, Jianjun Chen, Rebecca Rosenthal, Robert Brink, AnitaS. Chong, Ulf Klein, AaronR. Dinner, Harinder Singh, Roger Sciammas

    Immunity 38 (5) 918-929 2013年5月23日

    DOI: 10.1016/j.immuni.2013.04.009  

    ISSN:1074-7613 1097-4180

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    The transcription factor IRF4 regulates immunoglobulin class switch recombination and plasma cell differentiation. Its differing concentrations appear to regulate mutually antagonistic programs of B and plasma cell gene expression. We show IRF4 to be also required for generation of germinal center (GC) B cells. Its transient expression invivo induced the expression of key GC genes including Bcl6 and Aicda. In contrast, sustained and higher concentrations of IRF4 promoted the generation of plasma cells while antagonizing the GC fate. IRF4 cobound with the transcription factors PU.1 or BATF to Ets or AP-1 composite motifs, associated with genes involved in B cell activation and the GC response. At higher concentrations, IRF4 binding shifted to interferon sequence response motifs these enriched for genes involved in plasma cell differentiation. Our results support a model of "kinetic control" in which signaling-induced dynamics of IRF4 in activated B cells control their cell-fate outcomes. •IRF4 regulates GC B cell differentiation by directly activating Bcl6 and Obf1•IRF4 cellular concentrations orchestrate antigen-induced B cell fates•Occupancy of ISRE motif correlates with high cellular concentrations of IRF4•ISRE motifs are enriched in plasma cell genes. © 2013 Elsevier Inc.

  8. A self-reinforcing regulatory network triggered by limiting IL-7 activates pre-BCR signaling and differentiation 査読有り

    Kyoko Ochiai, Mark Maienschein-Cline, Malay Mandal, Joseph R. Triggs, Eric Bertolino, Roger Sciammas, Aaron R. Dinner, Marcus R. Clark, Harinder Singh

    NATURE IMMUNOLOGY 13 (3) 300-U124 2012年3月

    出版者・発行元:NATURE PUBLISHING GROUP

    DOI: 10.1038/ni.2210  

    ISSN:1529-2908

    eISSN:1529-2916

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    The molecular crosstalk between the interleukin 7 receptor (IL-7R) and the precursor to the B cell antigen receptor (pre-BCR) in B lymphopoiesis has not been elucidated. Here we demonstrate that in pre-B cells, the IL-7R but not the pre-BCR was coupled to phosphatidylinositol-3-OH kinase (PI(3) K) and the kinase Akt; signaling by this pathway inhibited expression of recombination-activating gene 1 (Rag1) and Rag2. Attenuation of IL-7 signaling resulted in upregulation of the transcription factors Foxo1 and Pax5, which coactivated many pre-B cell genes, including Rag1, Rag2 and Blnk. Induction of Blnk (which encodes the signaling adaptor BLNK) enabled pre-BCR signaling via the signaling molecule Syk and promoted immunoglobulin light-chain rearrangement. BLNK expression also antagonized Akt activation, thereby augmenting the accumulation of Foxo1 and Pax5. This self-reinforcing molecular circuit seemed to sense limiting concentrations of IL-7 and functioned to constrain the proliferation of pre-B cells and trigger their differentiation.

  9. Bach2 represses plasma cell gene regulatory network in B cells to promote antibody class switch 査読有り

    Akihiko Muto, Kyoko Ochiai, Yoshitaka Kimura, Ari Itoh-Nakadai, Kathryn L. Calame, Dai Ikebe, Satoshi Tashiro, Kazuhiko Igarashi

    EMBO JOURNAL 29 (23) 4048-4061 2010年12月

    出版者・発行元:NATURE PUBLISHING GROUP

    DOI: 10.1038/emboj.2010.257  

    ISSN:0261-4189

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    Two transcription factors, Pax5 and Blimp-1, form a gene regulatory network (GRN) with a double-negative loop, which defines either B-cell (Pax5 high) or plasma cell (Blimp-1 high) status as a binary switch. However, it is unclear how this B-cell GRN registers class switch DNA recombination (CSR), an event that takes place before the terminal differentiation to plasma cells. In the absence of Bach2 encoding a transcription factor required for CSR, mouse splenic B cells more frequently and rapidly expressed Blimp-1 and differentiated to IgM plasma cells as compared with wild-type cells. Genetic loss of Blimp-1 in Bach2(-/-) B cells was sufficient to restore CSR. These data with mathematical modelling of the GRN indicate that Bach2 achieves a time delay in Blimp-1 induction, which inhibits plasma cell differentiation and promotes CSR (Delay-Driven Diversity model for CSR). Reduction in mature B-cell numbers in Bach2(-/-) mice was not rescued by Blimp-1 ablation, indicating that Bach2 regulates B-cell differentiation and function through Blimp-1-dependent and -independent GRNs. The EMBO Journal (2010) 29, 4048-4061. doi:10.1038/emboj.2010.257; Published online 15 October 2010

  10. Regulation of the plasma cell transcription factor Blimp-1 gene by Bach2 and Bcl6 査読有り

    Kyoko Ochiai, Akihiko Muto, Hiromu Tanaka, Shinichiro Takahashi, Kazuhiko Igarashi

    INTERNATIONAL IMMUNOLOGY 20 (3) 453-460 2008年3月

    出版者・発行元:OXFORD UNIV PRESS

    DOI: 10.1093/intimm/dxn005  

    ISSN:0953-8178

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    B lymphocyte-induced maturation protein 1 (Blimp-1) is a key regulator for plasma cell differentiation. Prior to the terminal differentiation into plasma cells, Blimp-1 expression is suppressed in B cells by transcription repressors BTB and CNC homology 2 (Bach2) and B cell lymphoma 6 (Bcl6). Bach2 binds to the Maf recognition element (MARE) of the promoter upstream region of the Blimp-1 gene (Prdm1) by forming a heterodimer with MafK. Bach2 and Bcl6 were found to interact with each other in B cells. While both Bach2 and Bcl6 possess the BTB domain which mediates protein-protein interactions, they interacted in a BTB-independent manner. Bcl6 is known to repress Prdm1 through a Bcl6 recognition element 1 in the intron 5, in which a putative, evolutionarily conserved MARE was identified. Both repressed the expression of a reporter gene containing the intron 5 region depending on the presence of the respective binding sites in 18-81 pre-B cells. Co-expression of Bach2 and Bcl6 resulted in further repression of the reporter plasmid. Chromatin immunoprecipitation assays showed MafK to bind to the intron MARE in various B cell lines, thus suggesting that it binds as a heterodimer with Bach2. Therefore, the interaction between Bach2 and Bcl6 might be crucial for the proper repression of Prdm1 in B cells.

  11. Plasmacytic transcription factor Blimp-1 is repressed by Bach2 in B cells 査読有り

    Kyoko Ochiai, Yasutake Katoh, Tsuyoshi Ikura, Yutaka Hoshikawa, Tetsuo Noda, Hajime Karasuyama, Satoshi Tashiro, Akihiko Muto, Kazuhiko Igarashi

    JOURNAL OF BIOLOGICAL CHEMISTRY 281 (50) 38226-38234 2006年12月

    出版者・発行元:AMER SOC BIOCHEMISTRY MOLECULAR BIOLOGY INC

    DOI: 10.1074/jbc.M607592200  

    ISSN:0021-9258

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    Bach2 is a B cell-specific transcription repressor whose deficiency in mice causes a reduced class switch recombination and a reduced somatic hypermutation of immunoglobulin genes. Little is known about the direct target genes of Bach2 in B cells. By analyzing various B cell and plasma cell lines, we showed that the expression patterns of Bach2 and Blimp-1 (B lymphocyte-induced maturation protein 1), a master regulator of plasma cell differentiation, are mutually exclusive. The reporter gene of the Blimp-1 gene (Prdm1) was repressed by the overexpression of Bach2 in B cell lines. The heterodimer of Bach2/MafK bound to the Maf recognition element located upstream of the Prdm1 promoter in an electrophoretic mobility shift assay. The binding of MafK in B cells to the Prdm1 Maf recognition element was confirmed by chromatin immunoprecipitation assays. When MafK was purified from the BAL17 B cell line, a significant portion of it was present as a heterodimer with Bach2, with no apparent formation of MafK homodimer. These results strongly suggest that Bach2 represses the expression of Blimp-1 together with MafK in B cells prior to plasma cell differentiation. Accordingly, the knockdown of Bach2 mRNA using short hairpin RNA in BAL17 cells resulted in higher levels of Prdm1 expression after the stimulation of B cell receptor by surface IgM cross-linking. Induction of Prdm1 was more robust and faster in primary Bach2-deficient B cells than in wild-type control B cells upon lipopolysaccharide stimulation. Therefore, the Prdm1 regulation in B cells involves the repression by Bach2, which may be cancelled upon terminal plasma cell differentiation.

  12. Exploring novel functions of BACH2 in the acquisition of antigen-specific antibodies. 国際誌 査読有り

    Kyoko Ochiai, Kazuhiko Igarashi

    International immunology 2022年12月27日

    DOI: 10.1093/intimm/dxac065  

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    BACH2 [BTB (broad-complex, tramtrak and bric à brac) and CNC (cap 'n' collar) homolog 2] is known as a transcriptional repressor and broadly functions in regulating immune cell differentiation. Here, we focus on BACH2 function in B cells, where BACH2 was first shown to play an important role in the immune system. In B cells, BACH2 orchestrates the gene regulatory network that promotes class-switch and affinity-maturation of antibodies and simultaneously represses plasma-cell differentiation. In this context, BACH2 regulates gene expression by modulating chromatin organization, cooperatively with other transcription factors and chromatin regulators, such as IRF4 (interferon regulatory factor 4) and PC4 (positive coactivator 4), respectively. In addition, our recent observation raises the possibility that BACH2 has diverse functions, such as those in gene activation. Since dysfunction of BACH2 leads to the onset of human immune deficiencies, revealing new functions of BACH2 may give a cue to solve how BACH2 contributes to preventing these diseases.

  13. BACH1 Expression Is Promoted by Tank Binding Kinase 1 (TBK1) in Pancreatic Cancer Cells to Increase Iron and Reduce the Expression of E-Cadherin. 国際誌 査読有り

    Liang Liu, Mitsuyo Matsumoto, Miki Matsui-Watanabe, Kyoko Ochiai, Bert K K Callens, Long Chi Nguyen, Yushi Kozuki, Miho Tanaka, Hironari Nishizawa, Kazuhiko Igarashi

    Antioxidants (Basel, Switzerland) 11 (8) 2022年7月27日

    DOI: 10.3390/antiox11081460  

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    BTB and CNC homology 1 (BACH1) represses the expression of genes involved in the metabolism of iron, heme and reactive oxygen species and promotes metastasis of various cancers including pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC). However, it is not clear how BACH1 is regulated in PDAC cells. Knockdown of Tank binding kinase 1 (TBK1) led to reductions of BACH1 mRNA and protein amounts in AsPC-1 human PDAC cells. Gene expression analysis of PDAC cells with knockdown of TBK1 or BACH1 suggested the involvement of TBK1 and BACH1 in the regulation of iron homeostasis. Ferritin mRNA and proteins were both increased upon BACH1 knockdown in AsPC-1 cells. Flow cytometry analysis showed that AsPC-1 cells with BACH1 knockout or knockdown contained lower labile iron than control cells, suggesting that BACH1 increased labile iron by repressing the expression of ferritin genes. We further found that the expression of E-cadherin was upregulated upon the chelation of intracellular iron content. These results suggest that the TBK1-BACH1 pathway promotes cancer cell metastasis by increasing labile iron within cells.

  14. 遺伝情報を調節するメチル化連動システム S-アデノシルメチオニン代謝系による遺伝子発現の調節機構

    五十嵐 和彦, Nguyen Long Chi, 石井 悠翔, 加藤 浩貴, 落合 恭子, 松本 光代, 島 弘季

    日本生化学会大会プログラム・講演要旨集 93回 [3S02m-03] 2020年9月

    出版者・発行元:(公社)日本生化学会

  15. Bach1 promotes muscle regeneration through repressing Smad-mediated inhibition of myoblast differentiation. 国際誌 査読有り

    Katsushi Suzuki, Mitsuyo Matsumoto, Yasutake Katoh, Liang Liu, Kyoko Ochiai, Yuta Aizawa, Ryoichi Nagatomi, Hiroshi Okuno, Eiji Itoi, Kazuhiko Igarashi

    PloS one 15 (8) e0236781 2020年

    DOI: 10.1371/journal.pone.0236781  

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    It has been reported that Bach1-deficient mice show reduced tissue injuries in diverse disease models due to increased expression of heme oxygenase-1 (HO-1)that possesses an antioxidant function. In contrast, we found that Bach1 deficiency in mice exacerbated skeletal muscle injury induced by cardiotoxin. Inhibition of Bach1 expression in C2C12 myoblast cells using RNA interference resulted in reduced proliferation, myotube formation, and myogenin expression compared with control cells. While the expression of HO-1 was increased by Bach1 silencing in C2C12 cells, the reduced myotube formation was not rescued by HO-1 inhibition. Up-regulations of Smad2, Smad3 and FoxO1, known inhibitors of muscle cell differentiation, were observed in Bach1-deficient mice and Bach1-silenced C2C12 cells. Therefore, Bach1 may promote regeneration of muscle by increasing proliferation and differentiation of myoblasts.

  16. Transcription Factor IRF8 Governs Enhancer Landscape Dynamics in Mononuclear Phagocyte Progenitors. 国際誌 査読有り

    Daisuke Kurotaki, Jun Nakabayashi, Akira Nishiyama, Haruka Sasaki, Wataru Kawase, Naofumi Kaneko, Kyoko Ochiai, Kazuhiko Igarashi, Keiko Ozato, Yutaka Suzuki, Tomohiko Tamura

    Cell reports 22 (10) 2628-2641 2018年3月6日

    DOI: 10.1016/j.celrep.2018.02.048  

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    Monocytes and dendritic cells (DCs), mononuclear phagocytes essential for immune responses, develop from hematopoietic stem cells via monocyte-DC progenitors (MDPs). The molecular basis of their development remains unclear. Because promoter-distal enhancers are key to cell fate decisions, we analyzed enhancer landscapes during mononuclear phagocyte development in vivo. Monocyte- and DC-specific enhancers were gradually established at progenitor stages before the expression of associated genes. Of the transcription factors predicted to bind to these enhancers, IRF8, essential for monocyte and DC development, was found to be required for the establishment of these enhancers, particularly those common to both monocyte and DC lineages. Although Irf8-/- mononuclear phagocyte progenitors, including MDPs, displayed grossly normal gene expression patterns, their enhancer landscapes resembled that of an upstream progenitor population. Our results illustrate the dynamic process by which key transcription factors regulate enhancer formation and, therefore, direct future gene expression to achieve mononuclear phagocyte development.

  17. S-Adenosylmethionine Synthesis Is Regulated by Selective N-6-Adenosine Methylation and mRNA Degradation Involving METTL16 and YTHDC1 査読有り

    Hiroki Shima, Mitsuyo Matsumoto, Yuma Ishigami, Masayuki Ebina, Akihiko Muto, Yuho Sato, Sayaka Kumagai, Kyoko Ochiai, Tsutomu Suzuki, Kazuhiko Igarashi

    CELL REPORTS 21 (12) 3354-3363 2017年12月

    出版者・発行元:CELL PRESS

    DOI: 10.1016/j.celrep.2017.11.092  

    ISSN:2211-1247

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    S-adenosylmethionine (SAM) is an important metabolite as a methyl-group donor in DNA and histone methylation, tuning regulation of gene expression. Appropriate intracellular SAM levels must be maintained, because methyltransferase reaction rates can be limited by SAM availability. In response to SAM depletion, MAT2A, which encodes a ubiquitous mammalian methionine adenosyltransferase isozyme, was upregulated through mRNA stabilization. SAM-depletion reduced N-6-methyladenosine (m(6)A) in the 3' UTR of MAT2A. In vitro reactions using recombinant METTL16 revealed multiple, conserved methylation targets in the 3' UTR. Knockdown of METTL16 and the m(6)A reader YTHDC1 abolished SAM-responsive regulation of MAT2A. Mutations of the target adenine sites of METTL16 within the 3' UTR revealed that these m(6)As were redundantly required for regulation. MAT2A mRNA methylation by METTL16 is read by YTHDC1, and we suggest that this allows cells to monitor and maintain intracellular SAM levels.

  18. A Bach2-Cebp Gene Regulatory Network for the Commitment of Multipotent Hematopoietic Progenitors 査読有り

    Ari Itoh-Nakadai, Mitsuyo Matsumoto, Hiroki Kato, Junichi Sasaki, Yukihiro Uehara, Yuki Sato, Risa Ebina-Shibuya, Mizuho Morooka, Ryo Funayama, Keiko Nakayama, Kyoko Ochiai, Akihiko Muto, Kazuhiko Igarashi

    CELL REPORTS 18 (10) 2401-2414 2017年3月

    出版者・発行元:CELL PRESS

    DOI: 10.1016/j.celrep.2017.02.029  

    ISSN:2211-1247

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    Hematopoietic stem cell and multipotent progenitor (MPP) commitment can be tuned in response to an infection so that their differentiation is biased toward myeloid cells. Here, we find that Bach2, which inhibits myeloid differentiation in common lymphoid progenitors, represses a cohort of myeloid genes and activates those linked to lymphoid function. Bach2 repressed both Cebpb and its target Csf1r, encoding C/EBPb and macrophage colony-stimulating factor receptor (M-CSFr), respectively, whereas C/EBP beta repressed Bach2 and activated Csf1r. Bach2 and C/EBP beta further bound to overlapping regulatory regions at their myeloid target genes, suggesting the presence of a gene regulatory network (GRN) with mutual repression between these factors and a feedforward loop leading to myeloid gene regulation. Lipopolysaccharide reduced the expression of Bach2, resulting in enhanced myeloid differentiation. The Bach2-C/EBP beta GRN pathway thus tunes MPP commitment to myeloid and lymphoid lineages both under normal conditions and after infection.

  19. Epigenetic Regulation of the Blimp-1 Gene (Prdm1) in B Cells Involves Bach2 and Histone Deacetylase 3 査読有り

    Hiromu Tanaka, Akihiko Muto, Hiroki Shima, Yasutake Katoh, Nicolas Sax, Shinya Tajima, Andrey Brydun, Tsuyoshi Ikura, Naoko Yoshizawa, Hisao Masai, Yutaka Hoshikawa, Tetsuo Noda, Masaki Nio, Kyoko Ochiai, Kazuhiko Igarashi

    JOURNAL OF BIOLOGICAL CHEMISTRY 291 (12) 6316-6330 2016年3月

    出版者・発行元:AMER SOC BIOCHEMISTRY MOLECULAR BIOLOGY INC

    DOI: 10.1074/jbc.M116.713842  

    ISSN:0021-9258

    eISSN:1083-351X

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    B lymphocyte-induced maturation protein 1 (Blimp-1) encoded by Prdm1 is a master regulator of plasma cell differentiation. The transcription factor Bach2 represses Blimp-1 expression in B cells to stall terminal differentiation, by which it supports reactions such as class switch recombination of the antibody genes. We found that histones H3 and H4 around the Prdm1 intron 5 Maf recognition element were acetylated at higher levels in X63/0 plasma cells expressing Blimp-1 than in BAL17 mature B cells lacking its expression. Conversely, methylation of H3-K9 was lower in X63/0 cells than BAL17 cells. Purification of the Bach2 complex in BAL17 cells revealed its interaction with histone deacetylase 3 (HDAC3), nuclear co-repressors NCoR1 and NCoR2, transducin -like 1X-linked (Tbl1x), and RAP1-interacting factor homolog (Rif1). Chromatin immunoprecipitation confirmed the binding of HDAC3 and Rif1 to the Prdm1 locus. Reduction of HDAC3 or NCoR1 expression by RNA interference in B cells resulted in an increased Prdm1 mRNA expression. Bach2 is suggested to cooperate with HDAC3-containing co-repressor complexes in B cells to regulate the stage-specific expression of Prdm1 by writing epigenetic modifications at the Prdm1 locus.

  20. The Transcription Factor Bach2 Is Phosphorylated at Multiple Sites in Murine B Cells but a Single Site Prevents Its Nuclear Localization 査読有り

    Ryo Ando, Hiroki Shima, Toru Tamahara, Yoshihiro Sato, Miki Watanabe-Matsui, Hiroki Kato, Nicolas Sax, Hozumi Motohashi, Keiko Taguchi, Masayuki Yamamoto, Masaki Nio, Tatsuya Maeda, Kyoko Ochiai, Akihiko Muto, Kazuhiko Igarashi

    JOURNAL OF BIOLOGICAL CHEMISTRY 291 (4) 1826-1840 2016年1月

    出版者・発行元:AMER SOC BIOCHEMISTRY MOLECULAR BIOLOGY INC

    DOI: 10.1074/jbc.M115.661702  

    ISSN:0021-9258

    eISSN:1083-351X

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    The transcription factor Bach2 regulates the immune system at multiple points, including class switch recombination (CSR) in activated B cells and the function of T cells in part by restricting their terminal differentiation. However, the regulation of Bach2 expression and its activity in the immune cells are still unclear. Here, we demonstrated that Bach2 mRNA expression decreased in Pten-deficient primary B cells. Bach2 was phosphorylated in primary B cells, which was increased upon the activation of the B cell receptor by an anti-immunoglobulin M (IgM) antibody or CD40 ligand. Using specific inhibitors of kinases, the phosphorylation of Bach2 in activated B cells was shown to depend on the phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K)Akt-mammalian target of rapamycin (mTOR) pathway. The complex of mTOR and Raptor phosphorylated Bach2 in vitro. We identified multiple new phosphorylation sites of Bach2 by mass spectrometry analysis of epitope-tagged Bach2 expressed in the mature B cell line BAL17. Among the sites identified, serine 535 (Ser-535) was critical for the regulation of Bach2 because a single mutation of Ser-535 abolished cytoplasmic accumulation of Bach2, promoting its nuclear accumulation in pre-B cells, whereas Ser-509 played an auxiliary role. Bach2 repressor activity was enhanced by the Ser-535 mutation in B cells. These results suggest that the PI3K-Akt-mTOR pathway inhibits Bach2 by both repressing its expression and inducing its phosphorylation in B cells.

  21. 転写因子による細胞分化・増殖抑制 転写因子IRF4が支配する胚中心B細胞および形質細胞分化誘導の遺伝子発現ネットワーク

    落合 恭子, 近藤 晴香, 岡村 容伸, 木下 賢吾, 五十嵐 和彦

    日本生化学会大会・日本分子生物学会年会合同大会講演要旨集 88回・38回 [2W9-6] 2015年12月

    出版者・発行元:(公社)日本生化学会

  22. The transcription repressors Bach2 and Bach1 promote B cell development by repressing the myeloid program 査読有り

    Ari Itoh-Nakadai, Reina Hikota, Akihiko Muto, Kohei Kometani, Miki Watanabe-Matsui, Yuki Sato, Masahiro Kobayashi, Atsushi Nakamura, Yuichi Miura, Yoko Yano, Satoshi Tashiro, Jiying Sun, Tomokatsu Ikawa, Kyoko Ochiai, Tomohiro Kurosaki, Kazuhiko Igarashi

    NATURE IMMUNOLOGY 15 (12) 1171-1180 2014年12月

    出版者・発行元:NATURE PUBLISHING GROUP

    DOI: 10.1038/ni.3024  

    ISSN:1529-2908

    eISSN:1529-2916

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    Mature lymphoid cells express the transcription repressor Bach2, which imposes regulation on humoral and cellular immunity. Here we found critical roles for Bach2 in the development of cells of the B lineage, commencing from the common lymphoid progenitor (CLP) stage, with Bach1 as an auxiliary. Overexpression of Bach2 in pre-pro-B cells deficient in the transcription factor EBF1 and single-cell analysis of CLPs revealed that Bach2 and Bach1 repressed the expression of genes important for myeloid cells ('myeloid genes'). Bach2 and Bach1 bound to presumptive regulatory regions of the myeloid genes. Bach2(hi) CLPs showed resistance to myeloid differentiation even when cultured under myeloid conditions. Our results suggest that Bach2 functions with Bach1 and EBF1 to promote B cell development by repressing myeloid genes in CLPs.

  23. The transcription repressors Bach2 and Bach1 promote B cell development by repressing the myeloid program. 査読有り

    Itoh-Nakadai Ari, Hikota Reina, Muto Akihiko, Kometani Kohei, Watanabe-Matsui Miki, Sato Yuki, Kobayashi Masahiro, Nakamura Atsushi, Miura Yuichi, Yano Yoko, Tashiro Satoshi, Sun Jiying, Ikawa Tomokatsu, Ochiai Kyoko, Kurosaki Tomohiro, Igarashi Kazuhiko

    Nature immunology 15 (12) 2014年

    DOI: 10.1038/ni.3024  

    ISSN:1529-2916

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    :Mature lymphoid cells express the transcription repressor Bach2, which imposes regulation on humoral and cellular immunity. Here we found critical roles for Bach2 in the development of cells of the B lineage, commencing from the common lymphoid progenitor (CLP) stage, with Bach1 as an auxiliary. Overexpression of Bach2 in pre-pro-B cells deficient in the transcription factor EBF1 and single-cell analysis of CLPs revealed that Bach2 and Bach1 repressed the expression of genes important for myeloid cells ('myeloid genes'). Bach2 and Bach1 bound to presumptive regulatory regions of the myeloid genes. Bach2(hi) CLPs showed resistance to myeloid differentiation even when cultured under myeloid conditions. Our results suggest that Bach2 functions with Bach1 and EBF1 to promote B cell development by repressing myeloid genes in CLPs.

  24. PO-123 B細胞終末分化におけるエピジェネティック制御の解明(小児外科基礎研究,ポスターセッション,病気の子供達に笑顔 小児外科に夢そして革新を,第47回 日本小児外科学会学術集会)

    田中 拡, 武藤 哲彦, 落合 恭子, 和田 基, 佐々木 英之, 風間 理郎, 西 功太郎, 工藤 博典, 安藤 亮, 五十嵐 和彦, 仁尾 正記

    日本小児外科学会雑誌 46 (3) 660-660 2010年

    出版者・発行元:特定非営利活動法人 日本小児外科学会

    DOI: 10.11164/jjsps.46.3_660_1  

  25. Ras orchestrates exit from the cell cycle and light-chain recombination during early B cell development 査読有り

    Malay Mandal, Sarah E. Powers, Kyoko Ochiai, Katia Georgopoulos, Barbara L. Kee, Harinder Singh, Marcus R. Clark

    NATURE IMMUNOLOGY 10 (10) 1110-U91 2009年10月

    出版者・発行元:NATURE PUBLISHING GROUP

    DOI: 10.1038/ni.1785  

    ISSN:1529-2908

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    Signals through the pre-B cell antigen receptor (pre-BCR) and interleukin 7 receptor (IL-7R) coordinate pre-B cell population expansion with subsequent recombination of the locus encoding immunoglobulin kappa-chain (Igk). Although many 'downstream' effectors of each receptor are known, how they integrate to mediate development has remained unclear. Here we report that pre-BCR-mediated activation of the Ras-MEK-Erk signaling pathway silenced transcription of Ccnd3 (encoding cyclin D3) and coordinated exit from the cell cycle with induction of the transcription factor E2A and the initiation of Igk recombination. IL-7R-mediated activation of the transcription factor STAT5 opposed this pathway by promoting Ccnd3 expression and concomitantly inhibiting Igk transcription by binding to the Igk intronic enhancer and preventing E2A recruitment. Our data show how pre-BCR signaling poises pre-B cells to undergo differentiation after escape from IL-7R signaling.

  26. Architecture and dynamics of the transcription factor network that regulates B-to-plasma cell differentiation

    Kazuhiko Igarashi, Kyoko Ochiai, Akihiko Muto

    JOURNAL OF BIOCHEMISTRY 141 (6) 783-789 2007年6月

    出版者・発行元:JAPANESE BIOCHEMICAL SOC

    DOI: 10.1093/jb/mvm106  

    ISSN:0021-924X

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    Upon antigen stimulation, B lymphoid cells undergo terminal differentiation into antibody-secreting plasma cells. This process accompanies drastic changes in cell functions such as a loss of B-cell identity, induction of secretory apparatus, and an extremely increased transcription of antibody genes. These changes are the result of re-wiring of a transcription factor network in B and plasma cells. While the transcription repressor Blimp-1 induces plasma cell differentiation, another repressor Bach2 has emerged as a negative regulator of Blimp-1 in B cells. These two transcription factors, together with other several factors, appear to constitute a main transcriptional regulatory network for the terminal differentiation process of plasma cells from B cells.

  27. Identification of six major outer membrane proteins from Actinobacillus actinomycetemcomitans 査読有り

    H Komatsuzawa, R Asakawa, T Kawai, K Ochiai, T Fujiwara, MA Taubman, M Ohara, H Kurihara, M Sugai

    GENE 288 (1-2) 195-201 2002年4月

    出版者・発行元:ELSEVIER SCIENCE BV

    DOI: 10.1016/S0378-1119(02)00500-0  

    ISSN:0378-1119

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    We have identified six major sarcosyl-insoluble outer membrane proteins (Omp) of Actinobacillus actinomycetemcomitans Y4, and designated them as Omp100, Omp64, Omp39, Omp29, Omp18 and Omp16 according to the molecular mass. A similar N-terminal sequence was found in the first 15 amino acid residues of Omp16 and Omp18. The N-terminal sequence of Omp29 matched perfectly with the sequence previously identified. We cloned and determined the DNA sequences of three complete genes encoding Omp100, Omp64 and Omp18/16, and one incomplete gene encoding Omp39. Each Omp revealed homologies with some bacterial virulence factors responsible for adhesion, invasion, serum resistance, or protein antigenieity. Serum from patients with periodontitis suspected to be related to A. actinomycetemcomintans infection strongly reacted with Omp100, Omp29 and Omp16 as did serum from mice immunized with A. actinomycetemcomitans Y4 whole bacteria. These findings suggest that Omps of A. actinomycetemcomitans can be associated with periodontal disease. (C) 2002 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

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MISC 14

  1. IRF4によって統御されるB細胞—形質細胞分化の遺伝子発現ネットワーク

    落合恭子

    臨床免疫・アレルギー科 71 (3) 1-7 2019年

  2. B細胞内のシグナル伝達機構(第7回) IRF4によるB細胞分化制御

    落合 恭子

    炎症と免疫 24 (3) 249-252 2016年4月

    出版者・発行元:(株)先端医学社

    ISSN:0918-8371

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    細胞分化には種々の遺伝子の発現調節が不可欠である。転写因子は、直接標的遺伝子およびその下流因子群を制御する遺伝子発現ネットワークを起動する。細胞分化における転写因子遺伝子発現ネットワークは単独ではなく、複数の遺伝子発現ネットワークが影響し合う。プレB細胞分化では、少なくとも転写因子Foxo1、IRF4おのおのが制御する遺伝子発現ネットワークが協調して機能する。形質細胞分化では、IRF4は蛋白質量に依存した結合モチーフを介して複数種の遺伝子発現ネットワークを起動することで、遺伝子組換え反応と細胞分化の双方を制御する。このように、転写因子は細胞分化に必須の役割を担うが、その機能は受容体シグナル伝達のバランスによって制御されることが明らかとなりつつある。(著者抄録)

  3. 転写因子のBifunctional機能決定の分子機構解明

    落合 恭子

    上原記念生命科学財団研究報告集 29 1-3 2015年12月

    出版者・発行元:(公財)上原記念生命科学財団

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    転写因子は、細胞特異的または分化段階特異的に標的遺伝子発現を制御することで細胞分化の方向性を決定する。これまでに、転写因子クロマチン免疫沈降シークエンス法と遺伝子発現解析の双方を実施し、細胞分化誘導時における転写因子直接標的遺伝子を同定した。そして、転写因子と標的遺伝子が構築するGRN(Gene regulatory network)が細胞分化制御に機能することを明らかにした。GRNは、転写因子機能による細胞分化制御の本質であり、ときに自己が制御する遺伝子群によって自己機能増強または減弱を誘導するフィードバックグループを形成する。このとき、多くの転写因子は標的遺伝子活性化と抑制という二極性機能、すなわちBifunctional機能を保持するが、その詳細な分子機構については明らかにされていない。今回、一転写因子がどのようにBifunctional機能を発揮するのか検討した。対象は、形質細胞分化に必須の転写因子IRF4(Interferon regulatory factor 4)とした。IRF4のBifunctional機能に協調的に機能する因子群のスクリーニングを行った結果、標的遺伝子活性化因子としてヒストンアセチル化酵素p300が抽出され、標的遺伝子抑制因子としてヒストン脱アセチル化酵素Hdacが抽出された。

  4. B細胞における転写因子IRF4の濃度依存的な細胞成熟と分化の分子メカニズム

    落合 恭子

    血液内科 68 (5) 712-718 2014年5月

    出版者・発行元:(有)科学評論社

    ISSN:2185-582X

  5. 転写因子Bach2はmTORによって制御される

    玉原亨, 佐藤好宏, 落合恭子, 五十嵐和彦

    日本分子生物学会年会プログラム・要旨集(Web) 37th 2P-0731 (WEB ONLY) 2014年

  6. 遺伝子発現制御から解明する細胞分化分岐のメカニズム

    落合 恭子

    東北医学雑誌 125 (2) 269-271 2013年12月

    出版者・発行元:東北医学会

    ISSN:0040-8700

  7. 最新の医学論文を読みこなそう!(第11回) 遺伝情報発現制御機構とその病態(その2)

    五十嵐 和彦, 落合 恭子

    THE LUNG-perspectives 20 (3) 318-322 2012年8月

    出版者・発行元:(株)メディカルレビュー社

    ISSN:0919-5742

  8. 最新の医学論文を読みこなそう!(第10回) 遺伝情報発現制御機構とその病態(その1)

    五十嵐 和彦, 落合 恭子, Brydun Andrey

    THE LUNG-perspectives 20 (2) 192-197 2012年5月

    出版者・発行元:(株)メディカルレビュー社

    ISSN:0919-5742

  9. B細胞終末分化におけるエピジェネティック制御の解明

    田中 拡, 武藤 哲彦, 落合 恭子, 和田 基, 佐々木 英之, 風間 理郎, 西 功太郎, 工藤 博典, 安藤 亮, 五十嵐 和彦, 仁尾 正記

    日本小児外科学会雑誌 46 (3) 660-660 2010年5月

    出版者・発行元:(NPO)日本小児外科学会

    ISSN:0288-609X

    eISSN:2187-4247

  10. 【転写因子による生命現象解明の最前線 クロマチン制御機構・エピジェネティクスと転写因子複合体ネットワークの包括的解明】 転写因子ネットワーク 液性免疫応答を制御するBach2転写因子ネットワーク

    五十嵐 和彦, 武藤 哲彦, 落合 恭子

    実験医学 25 (10) 1562-1567 2007年6月

    出版者・発行元:(株)羊土社

    ISSN:0288-5514

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    Bリンパ球は抗原刺激に応答して、抗体を産生する形質細胞へと終末分化をとげる。この際、まず、抗体遺伝子のクラススイッチ組換えや体細胞突然変異が生じ、その後に転写抑制因子Blimp-1が誘導され、Blimp-1により終末分化が駆動される。転写因子Bach2はBlimp-1遺伝子を抑制しつつ、この終末分化過程に伴う抗体遺伝子多様化を統合制御する。(著者抄録)

  11. B細胞-形質細胞分化における転写因子Bach2の機能 (遺伝子医学MOOK6)

    落合恭子, 武藤哲彦, 五十嵐和彦

    遺伝子医学MOOK6 75-79 2006年10月

  12. MRSAはMSSAに比べヒト抗菌ペプチドに対して感受性が低いか?

    應原 一久, 小松澤 均, 落合 恭子, 西 裕美, 栗原 英見, 菅井 基行

    日本細菌学雑誌 59 (1) 145-145 2004年2月

    出版者・発行元:日本細菌学会

    ISSN:0021-4930

  13. マウス上皮細胞の抗菌ペプチドの発現

    落合 恭子, 應原 一久, 小松澤 均, 菅井 基行, 橋本 公二, 佐山 浩二

    日本細菌学雑誌 58 (1) 281-281 2003年2月

    出版者・発行元:日本細菌学会

    ISSN:0021-4930

  14. ヒト歯肉上皮細胞が産生する抗菌ペプチドの歯周病原菌に対する抗菌活性及び発現様式

    應原 一久, 落合 恭子, 小松澤 均, 山田 作夫, 栗原 英見, 菅井 基行, 内田 雄士, 柴 秀樹

    日本細菌学雑誌 58 (1) 281-281 2003年2月

    出版者・発行元:日本細菌学会

    ISSN:0021-4930

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講演・口頭発表等 8

  1. 転写因子とクロマチン制御因子による細胞分化制御の遺伝子発現ネットワーク

    落合 恭子

    第42回 日本分子生物学会年会 2019年12月5日

  2. 転写因子結合DNAモチーフの多様性が制御する細胞分化

    落合 恭子

    第41回 日本分子生物学会年会 2018年11月28日

  3. The diversity of IRF4 DNA binding motifs governs cell fate during plasma cell differentiation 国際会議 招待有り

    落合 恭子

    7th Meeting of the Asian Forum of Chromosome and Chromatin Biology 2018年11月15日

  4. Gene regulatory networks of B-to-plasma cell differentiation orchestrated by IRF4 and its partner transcription factors

    落合 恭子

    第46回日本免疫学会学術集会 2017年12月14日

  5. Gene Regulatory Networks Composed by Transcription Factors Orchestrate Plasma Cell Differentiation

    落合 恭子

    The 2017 Japan-NIH Joint Symposium on Advances in Biomedical Research and Disease 2017年2月16日

  6. Dynamics of IRF4-dependent gene activation and repression during plasma cell differentiation

    落合 恭子, 岡村 容伸, 木下 賢吾, 五十嵐 和彦

    第45回日本免疫学会学術集会 2016年12月

  7. 転写因子による細胞分化・増殖抑制 転写因子IRF4が支配する胚中心B細胞および形質細胞分化誘導の遺伝子発現ネットワーク

    落合 恭子, 近藤 晴香, 岡村 容伸, 木下 賢吾, 五十嵐 和彦

    第38回日本分子生物学会年会、第88回日本生化学会大会 合同大会 2015年12月2日

  8. Organization of Plasma Cell Diff erentiation via Epigenome-related Complex

    落合 恭子, 五十嵐 和彦

    第36回 日本分子生物学会年会 2013年12月6日

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共同研究・競争的資金等の研究課題 6

  1. がん細胞のBACH1依存性を活用した新規治療戦略の開発

    五十嵐 和彦, 島 弘季, 落合 恭子, 西澤 弘成, 松本 光代

    提供機関:Japan Society for the Promotion of Science

    制度名:Grants-in-Aid for Scientific Research

    研究種目:Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))

    研究機関:Tohoku University

    2020年10月27日 ~ 2025年3月31日

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    BACH1については、前年度までに質量分析にて同定したリン酸化部位について、リン酸化修飾をうけることを変異導入などにより確定した。この修飾を触媒するリン酸化酵素のBACH1制御における役割について、ノックダウンおよび過剰発現実験により検討を進めた。その結果、BACH1のタンパク質安定性を制御することを確定するとともに、リン酸化BACH1の分解にはユビキチン-プロテアソーム系、オートファジー-リソソーム系、そしてこれらとは独立したタンパク質分解系が関わることを見いだした。さらに、リン酸化以外でも機能制御に重要と思われる修飾を見いだし、その制御の意義について検討を進めた。このリン酸化以外の修飾が機能制御に関わる可能性について、膵癌、乳癌細胞などを用いて検討を進め、増殖能などに関わることを見いだした。BACH1標的遺伝子を解明するために前年度に実施した頭頸部癌細胞でのクロマチン免疫沈降シークエンスとRNAシークエンスのデータを統合解析し、頭頸部癌、膵癌、乳癌でことなる下流遺伝子群を介する癌悪性化機構が存在する可能性を見いだした。PC4についてはヒストン修飾との関係を質量分析により検討し、核内の特定の領域のクロマチンおよび遺伝子発現制御に関わる可能性を見いだした。以上の実験のうち、乳癌細胞の解析はシカゴ大学Rosner教授研究室とオンライン討論により随時データを交換し、それぞれの研究室にて実験を実施した。Kundu教授とはPC4に関する実験結果についてオンラインで討論を進めるとともに、Kundu教授の下で学位を取得した者が研究員として参加し研究を進めた。

  2. 多発性骨髄腫で転写因子IKAROSの不安定化を促進する新規化合物の開発

    落合 恭子

    2020年4月1日 ~ 2023年3月31日

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    ヒト多発性骨髄腫は、骨髄中の形質細胞がガン化して増殖し骨破壊などを引き起こす疾患である。多発性骨髄腫では転写因子IKAROSが腫瘍増悪に機能していて、IKAROSタンパク質分解を誘導する抗がん剤レプラミドを用いた治療が有効である。しかし、IKAROSはB細胞・T細胞・NK細胞などの免疫細胞分化にも重要であるため、レプラミドを用いた治療は免疫機能低下による感染症などの重篤な副作用が問題になる。この問題を解決するため、レプラミドとは異なる作用機序でIKAROSタンパク質を不安定化させ、低濃度のレプラミドで治療効果を得る薬剤併用療法が重要になる。 本研究では、クロマチン制御因子PC4によるIKAROSタンパク質安定化制御機構に着目する。我々は、ヒト多発性骨髄腫細胞株KMS12PEでPC4をノックダウンするとIKAROSタンパク質が減少し、単独よりも低濃度のレプラミドでIKAROSタンパク質の減少を誘導できることを見出している(Ochiai K. 2020 Cell Reports)。このことから、PC4によるIKAROSタンパク質安定化制御を標的とした薬剤を活用すれば、低濃度レプラミドと併用した治療が可能と考えた。研究開始当初、PC4複合体にIKAROSが同定されたため、PC4-IKAROS間の相互作用がIKAROS安定化に重要だと予想し、両者の相互作用を阻害すれば目的を達成できると考えた。しかし昨年度、PC4はIKAROSとの相互作用に依存せずIKAROSタンパク質を安定化する可能性が浮上した。本年度はその詳細な検討を行うと同時に、PC4-IKAROS間の相互作用以外でレプラミドと併用できる分子機構として、転写因子IRF4によるPC4遺伝子発現制御の分子機構を見出した。

  3. 選択的遺伝子領域の動的ヘテロクロマチン化誘導機構

    落合 恭子

    2016年4月1日 ~ 2018年3月31日

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    分化刺激により活性化された成熟B細胞は形質細胞へ分化し、車軸状核と呼ばれる特徴的なヘテロクロマチン構造を呈する。一般的に、ヘテロクロマチン構造は種々の細胞において遺伝子抑制と関連することが明らかとなっている。本研究では、形質細胞への分化に伴い特定の遺伝子領域がヘテロクロマチン化される分子機構に着目した。 成熟B細胞が形質細胞へ分化するためには転写因子IRF4が必須であり、その分化過程でIRF4はZinc finger型転写因子Ikarosと新規同定DNA結合モチーフZinc finger-IRF composite elements(ZICEs)に結合し、B細胞活性化に関連する遺伝子群の発現を抑制する。そして、IRF4のZICEへの結合にはIkarosの存在が必須であり、Ikaros-IRF4はヘテロクロマチン関連因子群およびクロマチン制御因子PC4と複合体を形成することから、Ikaros-IRF4によるDNA配列依存的なヘテロクロマチン化機構を想定した。 一方、B細胞特異的PC4遺伝子欠損マウスを作出しB細胞におけるPC4機能の重要性について検討したところ、同マウスでは成熟B細胞の数が減少し形質細胞への分化能が低下することを見出した。このことから、PC4は成熟B細胞と形質細胞分化の双方に重要であることが明らかとなった。さらに、ZICEを保持するIkaros-IRF4抑制標的遺伝子上へのPC4結合が認められたことから、形質細胞分化過程ではZICEを介した遺伝子領域の選択性が生じ、その後PC4によるヘテロクロマチン化が誘導されると予想された。これらの知見は、細胞分化過程において特定の遺伝子領域がヘテロクロマチン化される分子機構解明に貢献すると考えられる。

  4. 転写因子IRF4タンパク質分解制御から解明するメモリーB細胞分化誘導機構

    落合 恭子

    提供機関:Japan Society for the Promotion of Science

    制度名:Grants-in-Aid for Scientific Research

    研究種目:Grant-in-Aid for Young Scientists (B)

    研究機関:Tohoku University

    2016年4月1日 ~ 2018年3月31日

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    本研究では、転写因子Bach2とIRF4によるメモリーB細胞維持機構の解明を試みた。Bach2はメモリーB細胞を維持し形質細胞分化を抑制するが、Bach2欠損マウス脾臓B細胞ではIRF4タンパク質の過剰蓄積が生じていた。高IRF4タンパク質レベルは形質細胞分化を促進するため、Bach2によるIRF4タンパク質分解制御機構が存在すると推測した。そこで、IRF4複合体精製によるタンパク質翻訳後修飾解析、さらにBach2直接標的遺伝子の同定を行った。これらの解析結果から、Bach2依存的なIRF4タンパク質制御機構がメモリーB細胞維持と形質細胞分化の運命決定に重要である可能性が示唆された。

  5. エピゲノム制御によるDNA損傷修復機構と細胞分化

    落合 恭子

    2013年4月1日 ~ 2015年3月31日

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    細胞分化はエピゲノムによる緻密な制御を受けるが、細胞分化過程では遺伝子発現を伴う生理学的事象が生ずる。本研究では、B細胞が形質細胞へと分化する過程で生ずる遺伝子組換え反応であるCSR(Class switch recombination)と分化誘導両者の連続性とエピゲノム制御について着目した。 Mat2α(Methionine adenosyl-transferase 2A)はSAM合成を担う酵素であり、ヒストンを含めたメチル反応に重要な機能を保持する。先行研究より、Mat2α機能によるメチル化関連のCSRのエピゲノム制御の存在が考えられた。そこで、形質細胞分化に伴うCSR領域の経時的ヒストンメチル化を調べたところ、CSRに関連する新たなヒストンメチル化修飾を見出した。 一方、Mat2α複合体には遺伝子核内ポジショニングに関与する核膜タンパク質が含まれていた。そこで、CSR領域の核内ポジショニングとの関連性について検討するため、同核膜タンパク質機能解析を行った。同因子は分化刺激に伴い、転写レベルおよびタンパク質レベルで顕著に減少した。一方、細胞内局在は分化刺激により一過性に核膜周辺への強い局在を示した。同遺伝子をノックダウンしたところ、CSR頻度および分化頻度が顕著に減少した。また、レトロウイルスベクターを用いた同因子過剰発現でも同様にCSR頻度および分化頻度の減少が確認された。すなわち、同因子の一定量および時期特異的発現がCSRおよび形質細胞分化の制御において重要な意義をもつ可能性がある。 本研究によって、CSRと形質細胞分化はエピゲノムレベルで関与しかつ核内ポジショニングも重要であることが示唆された。今後はこれらの観点を統合し、CSRと形質細胞分化のエピゲノム制御解明に向けて三次元的解析を進めていく予定である。

  6. 細胞分化を制御する連鎖的遺伝子発現ネットワークのダイナミクス

    落合 恭子

    提供機関:Japan Society for the Promotion of Science

    制度名:Grants-in-Aid for Scientific Research

    研究種目:Grant-in-Aid for Young Scientists (B)

    研究機関:Tohoku University

    2012年4月1日 ~ 2014年3月31日

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    細胞分化は、時期特異的な転写因子の機能によって制御される。転写因子は、特異的DNA配列を認識することで、標的遺伝子を選択し遺伝子発現ネットワーク(GRN;Gene regulatory network)を起動させる。本研究は、転写因子FoxO1とその下流で活性化される転写因子による、連鎖的なGRNの詳細を明らかにすることを目的とする。現在までに転写因子FoxO1によるGRNは解明したため、下流転写因子によるGRN解析を進めている。これらの解析により、連鎖的GRNによる細胞分化誘導のメカニズム解明が期待される。

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