遺伝子の発現は、エンハンサーやプロモーターなどのシス制御エレメントや、周辺クロマチン領域のエピジェネティックな修飾によって厳密に制御されています。私達は、ChIP-seq, Cut&Tag, ATAC-seqといったエピゲノム解析技術や、CRISPRゲノム編集のような細胞実験技術を駆使し、遺伝子発現制御の分子機構と制御コードの理解を進めます。

Gene expression is strictly regulated by cis-regulatory elements such as enhancers and promoters, as well as by epigenetic modifications of the surrounding chromatin regions.
By leveraging epigenomic profiling techniques such as ChIP-seq, Cut&Tag, and ATAC-seq, together with cellular experimental approaches like CRISPR-based genome editing, we aim to advance our understanding of the molecular mechanisms and regulatory codes governing gene expression.

ヒトゲノムの 98%はノンコーディング領域によって占められており、その機能の大部分は依然として不明です。近年の研究から、近傍遺伝子の転写を制御する「エンハンサー」がノンコーディング領域内に多数存在し、またその変異や多型がヒトの個人差や疾患、進化の主要因となりうることが分かってきています。しかしながら、このような変異や多型が遺伝子発現に及ぼす影響を解析することは、これまで困難でした。

大規模並列レポーターアッセイ (lentiMPRA)は、転写バーコードを用いることで、十数万のエンハンサーの活性を一度の実験で大規模並列的かつ定量的に解析できる画期的技術です。私達は、lentiMPRAの技術をさらに発展させ、ヒト個人差や進化に関わるエンハンサーの機能を1塩基レベルで解析し、ヒトゲノムの本質的理解を目指しています。

98% of our genome is non-coding, of which function is largely unknown. Recent research has revealed that the non-coding region includes a variety of “enhancers” that play an important role in gene regulation, and their mutations/variations can be a major source of human individual differences, diseases and evolution. However, it has been challenging to analyze the impact of mutations/variations in non-coding regions on gene expression.

 Inoue has developed lentivirus-based massively parallel reporter assay (lentiMPRA), a novel technology that enables functional characterization of thousands of enhancers in a high-throughput and quantitative manner by using transcribed barcodes. We aim to further develop the lentiMPRA technology together with other functional genomics techniques such as Cut&Tag, ATAC-seq, and CRISPR genome editing to analyze the functions of enhancers involved in human variation and evolution at single-nucleotide resolution, aiming for a fundamental understanding of the human genome.

転移因子は真核生物の進化の過程でゲノムに組み込まれた後に増幅し、ヒトゲノムのおよそ半分を占めるに至っています。また多くの転移因子ファミリーがエンハンサー機能を持つことが示唆されており、機能ゲノム進化研究の格好のモデルと言えます。しかしながら、転移因子配列比較解析、機能解析の困難さから、その研究は遅れています。
私達は、特に霊長類進化の過程で機能ゲノムに取り込まれた転移因子（MER11, LTR7など）に注目し、lentiMPRAやロングリードシークエンシング、CRISPRactivation/interferenceなどの最先端技術を用い、その機能と進化を明らかにしようとしています。

Transposable elements (TEs) have been integrated into the eukaryote genome during its evolution, and account for nearly half of the human genome. Many TEs are expected to have enhancer functions, making them ideal models for studying functional genome evolution. However, the analysis of TE function has been challenging due to the difficulties in comparative analysis and functional analysis of TE sequences. Inoue lab focuses on TEs that were co-opted into the functional genome during primate evolution (such as MER11 and LTR7) and aims to elucidate their functions and evolution.

ヒトは他の大型類人猿と比べ様々な特徴を持っています。例えば大型の脳、それに伴う高度な知能・社会性や、特徴的な発声や二足歩行に適した骨格系器官です。このような表現型の種差は、ゲノム中の遺伝子コード領域というより、非コード領域内の遺伝子発現制御配列に生じた変異に起因すると考えられています。すなわち、ヒトとチンパンジーのゲノムは98%相同で、残りのたった2%の中に両者を分ける重要な変異が含まれているにも関わらず、その大部分は未発見のまま埋もれています。井上研究室では、lentiMPRAや比較ゲノム情報解析、機械学習アプローチを駆使し、私達ヒトをヒトたらしめる遺伝的要因を発見することを目指しています。

Humans have various characteristics that distinguish them from other great apes. For example, humans have larger brains, advanced intelligence and sociality, distinctive vocalization abilities, and a skeletal system adapted for bipedalism. These phenotypic differences between species are thought to stem from mutations in gene regulatory sequences within non-coding regions rather than in coding regions. Despite the human and chimpanzee genomes being 98% identical, the crucial mutations that differentiate the two are hidden within the remaining 2%, most of which lie in the non-coding genome. The Inoue lab aims to discover the genetic factors that make us human by utilizing lentiMPRA, comparative genomics, and machine learning approaches.