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研究内容紹介

Ⅰ.  転写因子を中心とした四肢の発生の解析

全ての転写因子1600遺伝子の発現をマウス 9.5日, 10.5日, 11.5日胚の3ステージでホールマウントインサイチューハイブリタイゼーションを行い、そのデータを集積した世界初のデータベースとなるEMBRYS (http://embrys.jp) を構築し、脳、手足をはじめとする体中の臓器をつくる遺伝子グループをつきとめることに成功。このデータベースは人類共通の財産として、インターネットを通して無償で世界の研究者に公開され、子供の先天性疾患の原因遺伝子の発見や、次世代iPS細胞・再生医療の開発に必須の情報として貢献することが期待されている。

さらに現在は、Hox遺伝子群およびSox遺伝子群を標的としたタグノックインマウスを作製し、これを活用したChIP-Seq、CUT&RUN、CUT&TAGによる転写因子の直接標的の同定、Spatial Transcriptomicsを用いた時空間的な発現制御の解明、ならびにマルチオミクスデータの統合解析によるクロマチンダイナミクスの理解に取り組んでいる。これにより、四肢形態形成を司る転写制御ネットワークの全体像を、ゲノム・エピゲノム・トランスクリプトームの多階層から明らかにすることを目指している。

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I. Transcription factor–centered analysis of limb development

We performed whole-mount in situ hybridization for all 1,600 transcription factor genes at three developmental stages of the mouse embryo (E9.5, E10.5, and E11.5) and compiled the resulting data into EMBRYS (http://embrys.jp), the world's first database of its kind. Through this resource, we successfully identified the gene groups that build the brain, limbs, and other organs throughout the body. As a shared asset for humanity, the database is freely available to researchers worldwide via the Internet, and is expected to contribute to the discovery of causative genes for congenital disorders in children and to provide information essential for the development of next-generation iPS cell and regenerative medicine technologies.

Building on this foundation, our current work focuses on the Hox and Sox transcription factor families. We have generated tag knock-in mouse lines for these factors and are leveraging them for ChIP-Seq, CUT&RUN, and CUT&TAG analyses to identify their direct genomic targets. In parallel, we apply Spatial Transcriptomics to dissect the spatiotemporal logic of transcriptional regulation, and integrate multi-omics datasets to elucidate the chromatin dynamics underlying limb morphogenesis. Together, these approaches aim to reveal the transcriptional regulatory networks governing limb development across the genomic, epigenomic, and transcriptomic layers.

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  1. Sega M#, Uchida Y# et al, iScience 2026

  2. Sato T et al. eLife 2020

  3. Yamashita S#, Kataoka K#, Yamamoto H#, et al. Sci Rep. 2019

  4. Mochizuki Y, et al. Dev Cell. 2018 

  5. Yokoyama S, et al. PLoS One. 2017 

  6. Hasei J, et al. Sci Rep. 2017

  7. Naito M, et al. PLoS Genetics. 2016

  8. Miyata K, et al. Hum Mol Genet. 2015

  9. Shimizu H, et al. PLoS One. 2013 

  10. Uchibe K, et al. Dev Dyn. 2012 

  11. Ito Y, et al. Comp Funct Genomics. 2012

  12. Yokoyama S, et al. Dev Cell. 2009

Ⅱ. RNA階層における炎症・癌の制御

miRNAやRNA結合タンパク質、RNA修飾酵素による多階層的なRNA制御は、組織恒常性の維持と疾患発症の双方に深く関与する。我々はこの「RNA階層」での制御機構を、関節軟骨と難治性癌を中心に研究している。

軟骨では、Sox9により誘導されるmiR-455 (-5p/-3p) がHIF-2αを抑制してホメオスタシスを維持し、その破綻が変形性関節症を引き起こすことを示した (Ito et al., Nat. Commun. 2021)。let-7 miRNAについては、tRNAプソイドウリジン合成酵素TruB1がDGCR8との相互作用を介してlet-7の成熟を促進し腫瘍抑制的に働くこと (Kurimoto et al., EMBO J. 2020)、相互制御関係にあるRNA結合タンパク質LIN28aがPolycombを介したHoxコードの形成 (Sato et al., eLife 2020) およびHIF1α mRNAの翻訳後安定化 (Yamamoto et al., JBC 2023) を担うことを明らかにした。さらに最近、トリプルネガティブ乳癌においてRNA結合タンパク質ZCCHC24が標的mRNAを安定化することで腫瘍形成能を駆動することを見出し、新たな治療標的としての可能性を提示した (Uchida et al., EMBO Rep. 2024)。

今後はマルチオミクス解析を駆使し、慢性炎症性疾患および難治性癌に対するRNAを標的とした新規治療戦略の構築を目指す。

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II. Regulation of inflammation and cancer at the RNA layer

Multi-layered RNA regulation by miRNAs, RNA-binding proteins, and RNA-modifying enzymes plays a central role in both tissue homeostasis and disease. We study this "RNA layer" of regulation, with a focus on articular cartilage and refractory cancers.

In cartilage, we showed that miR-455 (-5p/-3p), induced by Sox9, directly suppresses HIF-2α to maintain homeostasis, and its loss leads to osteoarthritis (Ito et al., Nat. Commun. 2021). For let-7 biogenesis, we identified the tRNA pseudouridine synthase TruB1 as a tumor suppressor that promotes let-7 maturation by enhancing the pri-let-7/DGCR8 interaction (Kurimoto et al., EMBO J. 2020), and demonstrated that the reciprocally regulated RBP LIN28A shapes the Hox code via Polycomb (Sato et al., eLife 2020) and post-transcriptionally stabilizes HIF1α mRNA via UGAU-motif binding (Yamamoto et al., JBC 2023). More recently, we identified ZCCHC24 as an RBP that drives tumorigenicity in triple-negative breast cancer by stabilizing oncogenic mRNAs, offering a new therapeutic target (Uchida et al., EMBO Rep. 2024).

Building on these findings, we are integrating multi-omics approaches to develop novel RNA-targeted therapies for chronic inflammatory diseases and refractory cancers.

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  1. Uchida Y et al, EMBO Rep. 2024

  2. Yamamoto H#, Uchida Y#, Kurimoto R# et al, J Biol Chem 2023

  3. Ito Y et al, Nat. Commun. 2021

  4. Kurimoto R et al, EMBO J. 2020

  5. Sato T, et al. eLife. 2020

  6. Mokuda S, et al. Nat Commun. 2019 

  7. Mitsumura T et al, Blood Adv. 2018

  8. Inui M, et al. Nat Cell Biol. 2018 

  9. Yoshitaka T, et al. J Orthop Res. 2013

  10. Gibson G, et al. J Orthop Res. 2013

  11. Miyaki S,et al. Nat Rev Rheumatol. 2012 

  12. Yamashita S, et al. J Biol Chem. 2012 

  13. Miyaki S, et al. Genes Dev. 2010 

  14. Miyaki S, et al. Arthritis Rheum. 2009

  15. Nakasa T, et al. Arthritis Rheum. 2008​​

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Ⅲ. ロボットシステムを活用したハイスループット遺伝子機能スクリーニング

再生医療や、癌、アレルギー疾患、先天性疾患などの病態研究においては、関連遺伝子の発現調節および機能の網羅的な解析が不可欠である。当研究室ではロボットシステムを導入し、細胞ベースのハイスループット遺伝子機能スクリーニングを展開している。全ヒト遺伝子規模のORFライブラリやsiRNA/CRISPRライブラリを個々に細胞へ導入し、発生・分化や各種疾患に関わる遺伝子を高速かつ確実に同定していく

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III. High-throughput functional genomic screening using a robotic platform

Comprehensive analysis of gene expression and function is essential for advancing regenerative medicine and for understanding the pathogenesis of cancer, allergic disorders, and congenital diseases. Our laboratory has implemented a robotic platform for cell-based high-throughput functional genomic screening. By individually introducing genome-wide ORF, siRNA, and CRISPR libraries into cells, we rapidly and reliably identify genes involved in development, differentiation, and a wide range of disease processes.

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  1. ​Matsushima T et al, Database 2025

  2. Yamamoto H#, Uchida Y#, Kurimoto R# et al, J Biol Chem 2023

  3. Ito Y et al, Nat. Commun. 2021

  4. Uchida Y et al, FEBS Letters 2021

  5. Mitsumura T, et al. Blood Adv. 2018 

  6. Ito Y, et al. 2017 

  7. Mochizuki Y, et al. Dev Cell. 2018

  8. Gibson G, et al. J Orthop Res. 2013

  9. Asada M, et al. Lab Invest. 2011

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Ⅳ. Mkxを起点とした腱・靭帯の形成機構と疾患研究

骨と筋肉をつなぐ腱、骨と骨をつなぐ靭帯は、運動機能に不可欠な組織でありながら、その形成メカニズムは長らく不明であり、腱・靭帯疾患に対する治療法開発の大きな障壁となってきた。我々はEMBRYSを用いた網羅的解析により、腱・靭帯特異的に発現する転写因子Mkxを同定し、ノックアウトマウスの解析からMkxが腱の形成に必須の役割を果たすことを明らかにした。Mkxを起点とした研究展開により、腱・靭帯疾患の病因解明と再生医療をはじめとする新規治療法の開発に貢献することを目指している。

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IV. Tendon and ligament development and disease centered on Mkx

Tendons connect muscle to bone and ligaments connect bone to bone—both are essential for locomotion, yet the molecular mechanisms underlying their formation have long remained poorly understood, hampering the development of therapies for tendon and ligament disorders. Through comprehensive screening with EMBRYS, we identified Mkx as a transcription factor specifically expressed in tendons and ligaments, and demonstrated through knockout mouse analyses that it plays an essential role in tendon formation. Building on Mkx as a starting point, we aim to elucidate the pathogenesis of tendon and ligament disorders and to contribute to the development of novel therapies, including regenerative medicine approaches.

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  1. Liu et al, Dev. Biol. 2025

  2. Chida et al, JBMM 2023

  3. Yagasaki et al, Regen. Ther. 2023

  4. Nakamichi et al, Sci. Trans. Med. 2022

  5. Takada K et al,                                                                                                                                               Frontiers in Cell and Developmental Biology. 2022

  6. Tsutsumi H et al, J Tissue Eng. 2022

  7. Kataoka K, et al. 
    Frontiers in Cell and Developmental Biology. 2020

  8. Gracey E, et al. Nat Rev Rheumatol. 2020

  9. Nakamichi R, et al. JOR Spine. 2020

  10. Asahara H, et al.   JBMR.  2017 

  11. Koda N, et al. Development.  2017 

  12. Nakamichi R, et al.  Nat Commun. 2016 

  13. Suzuki H, et al. Proc Natl Acad Sci U S A. 2016 

  14. Kayama et al. Mol Cell Biol. 2016 

  15. Otabe K, et al. J Orthop Res. 2015

  16. Onizuka N, et al. J Orthop Sci. 2014 

  17. Nakahara H, et al. Arthritis Rheum. 2013

  18. Ito Y, et al. Proc Natl Acad Sci U S A. 2010 

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Ⅴ. ゲノム編集を用いたY染色体遺伝子の機能解析

Y染色体は精子形成において重要な役割を担うと考えられているが、その構造上の特殊性から従来の相同組換えによるノックアウトマウスの作製は困難であり、個々の遺伝子機能の解析は十分に進んでいなかった。我々はTALENおよびCRISPR/Cas9などのゲノム編集技術を用いてマウスY染色体上の遺伝子のノックアウトマウスを作製し、性分化および生殖におけるそれらの機能を解析している。

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V. Functional analysis of Y-chromosome genes using genome editing

The Y chromosome is thought to play a critical role in spermatogenesis, but its structural peculiarities have made it difficult to generate knockout mice by conventional homologous recombination, leaving the functions of individual Y-linked genes largely unexplored. We are leveraging genome-editing technologies such as TALEN and CRISPR/Cas9 to generate knockout mice for genes on the mouse Y chromosome, and are dissecting their roles in sex differentiation and reproduction.

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  1. Inotsume M et al, FEBS Letters 2023

  2. Yano Y, et al. Frontiers in Genetics. 2020 

  3. Nakasuji T, et al. PLoS Genetics. 2017 

  4. Matsubara Y, et al. Stem Cells Dev. 2015 

  5. Kato T, et al. Sci Rep. 2013 

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〒113-8510 東京都文京区湯島1-5-45

東京科学大学　医歯学総合研究科　システム発生・再生医学分野

​教授　浅原弘嗣

​TEL: 03-5803-5015   EMAIL: tmdusystemsbiomedicine@gmail.com 

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