細胞刺激に伴う転写活性化とヒストン修飾のダイナミクス

• Project/Area Number: 09J40035
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Genetics/Genome dynamics
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 林 陽子 大阪大学, 生命機能研究科, 特別研究員(RPD)
• Project Period (FY): 2009 – 2011
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2011)
• Budget Amount: ¥2,700,000 (Direct Cost: ¥2,700,000); Fiscal Year 2011: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000); Fiscal Year 2010: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2009: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
• Keywords: モノクローナル抗体 / クロマチン / ヒストン / 翻訳後修飾 / エピジェネティクス / 遺伝子発現 / ライブイメージング / 転写制御

Research Abstract

ヒストンは、真核生物のクロマチンを構成するタンパク質であり、その多様な翻訳後修飾は、遺伝子発現調節を始め、老化、癌化、細胞周期など様々な現象に関わる。これまでに、この蛍光標識Fabを用いた生細胞観察系をピストンH3のメチル化やアセチル化に応用し、様々なヒストン修飾について観察に着手した。今年度は、この生細胞観察系を用いて、脱アセチル化酵素阻害剤によるヒストンアセチル化の動態変化の解析を行った。ヒストンH3リジン9番目(K9)のアセチル化を認識する蛍光標識Fabを細胞に導入し、脱アセチル化酵素阻害剤であるトリコスタチンAを加えた。その結果、H3K9のアセチル化の増加に伴い、蛍光標識Fabが核内に集積していく様子を観察することができた。一方で、このアセチル化の増加とともに、転写の不活性化に働くH3K9のジメチル化修飾の量は減少していた。
今年度は、これまでのヒストンH3に加え、ピストンH4に対する様々な修飾についても解析を進めた。種々のピストンH4修飾に対するモノクローナル抗体を用いた免疫染色の結果、アセチル化H4K5は細胞周期の複製期に、モノメチル化H4K20はG2期後期とM期に極めて高いレベルになることが明らかになった。また、これらの抗体を異なる波長の蛍光色素で標識し、さらにもう一つの修飾抗体を別な蛍光色素で標識することによって、様々なヒストン修飾の細胞周期における挙動を明らかとなり、この多重免疫蛍光染色の画像解析を行うことにより、定量的な解析も可能となった。

Research Products

• [Journal Article] Tracking epigenetic histone modifications in single cells using Fab-based live endogenous modification labeling (2011)
  • Author(s): Hayashi-Takanaka Y
  • Journal Title: Nucleic Acids Res Volume: 39 Issue: 15 Pages: 6475-6488
  • DOI: 10.1093/nar/gkr343
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Crystal structure of the human centromeric nucleosome containing CENP-A (2011)
  • Author(s): Tachiwana H, Kagawa W, Shiga T, Osakabe A, Miya Y, Saito K, Hayashi-Takanaka Y, Oda T, Sato M, Park SY, Kimura H, Kurumizaka H
  • Journal Title: Nature Volume: 476 Issue: 7359 Pages: 232-235
  • DOI: 10.1038/nature10258
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Fluorescence cell imaging and manipulation using conventional halogen lamp microscopy (2011)
  • Author(s): Yamagata K
  • Journal Title: PLoS One Volume: 7 Issue: 2 Pages: e31638-e31638
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0031638
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Structural basis of instability of the nucleosome containgin a testis-specific histone variant, human H3T. (2010)
  • Author(s): Tachiwana H.
  • Journal Title: Proc Natl Acad Sci USA Volume: 107 Pages: 10454-10459
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 特異的モノクローナル抗体を用いたメチル化ヒストンダイナミクスの可視化 (2010)
  • Author(s): 木村宏
  • Journal Title: 実験医学エピジェネティクスと疾患 Volume: 28 Pages: 115-121
• [Journal Article] エピゲノム制御にかかわるヒストン修飾のイメージング (2010)
  • Author(s): 木村宏
  • Journal Title: 医学のあゆみ Volume: 235 Pages: 995-1000
• [Journal Article] Visualization of DNA methylation and histone modifications in living cells (2010)
  • Author(s): 木村宏, et al.
  • Journal Title: Current opinion in cell biology 22 Pages: 1-7
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Visualizing histone modifications in living cells : spatiotemporal dynamics of H3 phosphorylation during interphase (2009)
  • Author(s): Hayashi-Takanaka Y., et al.
  • Journal Title: Journal of cell biology 187 Pages: 781-790
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] ヒストンダイナミクスの可視化と膜透過細胞による再構成 (2009)
  • Author(s): 木村宏
  • Journal Title: 実験医学(増刊号) 27 Pages: 2833-2838
• [Presentation] Monitoring Histone Modifications in Single Cells using FabLEM (Fab-based Live Endogenous Modification Labeling) (2011)
  • Author(s): Hayashi-Takanaka Y.
  • Organizer: International Symposium Physicochemical Field for Genetic Activities
  • Place of Presentation: 淡路
  • Year and Date: 2011-01-24
• [Presentation] 生細胞におけるメチル化およびアセチル化修飾ヒストンの可視化 (2010)
  • Author(s): 林陽子
  • Organizer: BMB2010
  • Place of Presentation: 神戸
  • Year and Date: 2010-12-08
• [Presentation] Subnuclear distributions of histone H3 and H4 modifications as revealed by a panel of modification-specific antibodies. (2010)
  • Author(s): Hayashi-Takanaka Y.
  • Organizer: 日本細胞生物学会大会
  • Place of Presentation: 大阪
  • Year and Date: 2010-05-21
• [Presentation] 蛍光標識Fabを用いた生細胞イメージングによるヒストン修飾の動態 (2009)
  • Author(s): 林陽子
  • Organizer: 日本分子生物学会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜
  • Year and Date: 2009-12-09
• [Presentation] 生細胞におけるヒストン修飾の可視化 (2009)
  • Author(s): 林陽子
  • Organizer: 日本生化学会
  • Place of Presentation: 神戸ポートアイランド
  • Year and Date: 2009-10-24