Construction of constitutive heterochromatin and facultative heterochromatin

• Project/Area Number: 16H04739
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Molecular biology
• Research Institution: Osaka University (2017-2018); Hokkaido University (2016)
• Principal Investigator: 小布施 力史 大阪大学, 理学研究科, 教授 (00273855)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥17,290,000 (Direct Cost: ¥13,300,000、Indirect Cost: ¥3,990,000); Fiscal Year 2018: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000); Fiscal Year 2017: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000); Fiscal Year 2016: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000)
• Keywords: エピジェネティクス / ヘテロクロマチン / クロマチン高次構造 / エピジェネティク / 転写

Outline of Annual Research Achievements

構成的ヘテロクロマチンと条件的ヘテロクロマチンは、異なる構成因子やエピゲノムマークを使用していること、かたやテロメアやセントロメアなどの染色体の意地伝達に、かたや発生・分化に関与する遺伝子発現制御に機能することから、全く異なるものとして議論されてきた。しかしながら、申請者らの研究成果などから、互いに代替可能で共通の構成要素や機能を持つこと、また、互いに連携して働きうることを示す知見が蓄積している。本課題では、構成的、条件的ヘテロクロマチンの機能構造をそれぞれについて明らかにし、その共通点と相違点を理解することを目的とした。
本年度は、高次構造の検出方法について検討を行った。これまでに、不活性X染色体のヘテロクロマチン構造を等間隔に配置したDNAプローブを用いたDNA FISHにより検出することに成功している。この系で、HBiX1-SMCHD1を細胞から除去することにより、不活性X染色体の凝縮ー脱凝縮が観察することができる。しかしながら、HBiX1-SMCHD1パスウェイによるヘテロクロマチンを阻害しても転写発現は回復しないことから、このパスウェイ以外のクロマチン高次構造の存在が示唆される。、理研CDB平谷博士らにより複製開始時期とトポロジカルドメインとの間に相関があることが示され、Hi-C技術と比べて比較的簡便にクロマチン高次構造が検出できる方法であると考えられた。実際に、平谷らから技術導入を行い、ヒト細胞においてSMCHD1を機能阻害すると、不活性X染色体上の一部の領域で複製時期に変化が見られ、高次構造変化をマッピングするためのFISH以外の方法として適していることが明らかとなった。今後、構成的、条件的それぞれのヘテロクロマチンについて、FISH法と複製開始時期の両方を併用したクロマチン高次構造の評価を行う。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本年度の研究により、クロマチン高次構造を解析できる系が揃いつつあり、構成的ヘテロクロマチンと条件的ヘテロクロマチンの構造を異なる方法で評価し、展開できることから、解析全体の計画は概ね順調に進行していると考える。

Strategy for Future Research Activity

HP1、SENP7、KAP1、SMBP1、SETDB1、SETDB2を機能阻害した時のクロマチン構造変化を、複製時期解析、FISH法による解析、ヘキストの輝度の解析について行い、SMCHD1、HBiX1を機能阻害した時と比較しながら、それぞれ因子のクロマチン高次構造に対する影響を検討する。

Research Products

• [Journal Article] Lem2 is retained at the nuclear envelope through its interaction with Bqt4 in fission yeast (2018)
  • Author(s): Hirano Yasuhiro、Kinugasa Yasuha、Asakawa Haruhiko、Chikashige Yuji、Obuse Chikashi、Haraguchi Tokuko、Hiraoka Yasushi
  • Journal Title: Genes to Cells Volume: 23 Pages: 122-135
  • DOI: 10.1111/gtc.12557
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Compositionally distinct nuclear pore complexes of functionally distinct dimorphic nuclei in the ciliate Tetrahymena (2017)
  • Author(s): Iwamoto M., Osakada H., Mori C., Fukuda Y., Nagao K., Obuse C., Hiraoka Y., and Haraguchi T.
  • Journal Title: Journal of cell science Volume: 印刷中 Pages: 1822-1834
  • DOI: 10.1242/jcs.199398
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Exosomes maintain cellular homeostasis by excreting harmful DNA from cells. (2017)
  • Author(s): Takahashi, A., Okada, R., Nagao, K., Kawamata, Y., Hanyu, A., Yoshimoto, S., Takasugi, M., Watanabe, S., Kanemaki, M.T., Obuse, C. & Hara, E.
  • Journal Title: Nat Commun. Volume: - Pages: 15287-15287
  • DOI: 10.1038/ncomms15287
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Inhibition of RIF1 by SCAI Allows BRCA1-Mediated Repair (2017)
  • Author(s): Isobe S.Y., Nagao K., Nozaki N., Kimura H., and Obuse C.
  • Journal Title: Cell Reports Volume: 2 Pages: 297-307
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2017.06.056
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Reconstitution of the oocyte nucleolus in mice through a single nucleolar protein, NPM2. (2017)
  • Author(s): Ogushi Sugako、Yamagata Kazuo、Obuse Chikashi、Furuta Keiko、Wakayama Teruhiko、Matzuk Martin M.、Saitou Mitinori
  • Journal Title: J Cell Sci Volume: 130 Pages: 2416-2429
  • DOI: 10.1242/jcs.195875
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Defects in dosage compensation impact global gene regulation in the mouse trophoblast. (2017)
  • Author(s): Sakata Yuka、Nagao Koji、Hoki Yuko、Sasaki Hiroyuki、Obuse Chikashi、Sado Takashi
  • Journal Title: Development Volume: 144 Pages: 2784-2797
  • DOI: 10.1242/dev.149138
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Ser7 of RNAPII-CTD facilitates heterochromatin formation by linking ncRNA to RNAi (2017)
  • Author(s): Kajitani Takuya、Kato Hiroaki、Chikashige Yuji、Tsutsumi Chihiro、Hiraoka Yasushi、Kimura Hiroshi、Ohkawa Yasuyuki、Obuse Chikashi、Hermand Damien、Murakami Yota
  • Journal Title: Proc Natl Acad Sci U S A Volume: 114
  • DOI: 10.1073/pnas.1714579115
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] BRCA1 Directs the Repair Pathway to Homologous Recombination by Promoting 53BP1 Dephosphorylation (2017)
  • Author(s): Mayu Isono, Atsuko Niimi, Takahiro Oike, Yoshihiko Hagiwara, Hiro Sato, Ryota Sekine, Yukari Yoshida, Shin-Ya Isobe, Chikashi Obuse, Ryotaro Nishi, Elena Petricci, Shinichiro Nakada, Takashi Nakano, Atsushi Shibata
  • Journal Title: Cell Rep. Volume: 18 Pages: 520-532
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2016.12.042
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Human RIF1 and protein phosphatase 1 stimulate DNA replication origin licensing but suppress origin activation (2017)
  • Author(s): Hiraga SI, Ly T, Garzon J, Horejsi Z, Ohkubo YN, Endo A, Obuse C, Boulton SJ, Lamond AI, Donaldson AD.
  • Journal Title: EMBO Rep. Volume: 18 Pages: 401-419
  • DOI: 10.15252/embr.201641983
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Usp7-dependent histone H3 deubiquitylation regulates maintenance of DNA methylation (2017)
  • Author(s): Yamaguchi L, Nishiyama A, Misaki T, Johmura Y, Ueda J, Arita K, Nagao K, Obuse C, Nakanishi M
  • Journal Title: SCIENTIFIC REPORTS Volume: 7 Pages: 1-12
  • DOI: 10.1038/s41598-017-00136-5
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Histone H3K36 trimethylation is essential for multiple silencing mechanisms in fission yeast (2016)
  • Author(s): Shota Suzuki, Hiroaki Kato, Yutaka Suzuki, Yuji Chikashige, Yasushi Hiraoka, Hiroshi Kimura, Koji Nagao, Chikashi Obuse, Shinya Takahata and Yota Murakami
  • Journal Title: Nucleic Acids Res. Volume: 44 (9) Pages: 4147-4162
  • DOI: 10.1093/nar/gkw008
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] 14-3-3-zeta participates in TLR3-mediated TICAM-1 signal-platform formation. (2016)
  • Author(s): Kenji Funami, Misako Matsumoto, Chikashi Obuse, Tsukasa Seya
  • Journal Title: Mol Immunol. Volume: 73 Pages: 60-68
  • DOI: 10.1016/j.molimm.2016.03.010
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Clinical, muscle pathological, and genetic features of Japanese facioscapulohumeral muscular dystrophy 2 (FSHD2) patients with SMCHD1 mutations. (2016)
  • Author(s): Hamanaka, K., Goto, K., Arai, M., Nagao, K., Obuse, C., Noguchi, S., Hayashi, Y. K., Mitsuhashi, S., and Nishino, I.
  • Journal Title: Neuromuscular Disorders Volume: 26 Pages: 300-308
  • DOI: 10.1016/j.nmd.2016.03.001
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Histone H4 lysine 20 acetylation is associated with gene repression in human cells (2016)
  • Author(s): Kaimori, J. Y., Maehara, K., Hayashi-Takanaka, Y., Harada, A., Fukuda, M., Yamamoto, S., Ichimaru, N., Umehara, T., Yokoyama, S., Matsuda, R., Ikura, T., Nagao, K., Obuse, C., Nozaki, N., Takahara, S., Takao, T., Ohkawa, Y., Kimura, H., and Isaka, Y.
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 6 Pages: 24318-24318
  • DOI: 10.1038/srep24318
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] 遺伝子の傷をどうやって直すか (2018)
  • Author(s): 小布施 力史
  • Organizer: 遺伝子研究の最前線 一般公開シンポジウム
  • Invited
• [Presentation] HP1 結合因子とクロマチン機能 (2018)
  • Author(s): 小布施 力史
  • Organizer: 染色体研究の最前線2018
  • Invited
• [Presentation] Conserved repressive chromatin properties on inactive X chromosome in human and mouse (2017)
  • Author(s): 小布施 力史
  • Organizer: SMC proteins; Chromosomal organizers from bacteria to human
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Elucidation of structure and function of heterochromatin through human HP1 binding proteins (2017)
  • Author(s): 小布施 力史
  • Organizer: HMGU-Japan meeting
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] ヒストンメチル化酵素G9aと複製開始複合体ORCとの相互作用とその意義 (2017)
  • Author(s): 小布施 力史
  • Organizer: 2017年度生命科学系学会合同年次大会
  • Invited
• [Presentation] HP1結合因子によるクロマチン制御 (2017)
  • Author(s): 小布施力史
  • Organizer: ワークショップ「染色体研究の最前線」
  • Place of Presentation: 大阪大学生命機能研究科（大阪府吹田市）
  • Year and Date: 2017-01-16
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ヘテロクロマチンの機能構造と疾患との関わり (2016)
  • Author(s): 長尾恒治、柴田幸子、野澤竜介、磯部真也、元田裕佳里、三橋里美、濱中耕平、西野一三、木村宏、佐渡敬、小布施力史
  • Organizer: 第39回日本分子生物学会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2016-11-29
  • Invited
• [Presentation] 新規53BP1結合タンパク質SCAIは、Rif1に阻害的に働くことで相同組換え修復を促進する (2016)
  • Author(s): 磯部真也、大久保義真、長尾恒治、野崎直仁、木村宏、小布施力史
  • Organizer: 第39回日本分子生物学会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2016-11-29
• [Presentation] アリル特異的ChIP/RNA-seq法によるマウス不活性化X染色体のクロマチン動態の解析 (2016)
  • Author(s): 長尾恒治、榊原祐樹、柴田幸子、野澤竜介、坂口武久、木村宏、佐渡敬、小布施力史
  • Organizer: 第39回日本分子生物学会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2016-11-29
• [Presentation] DSB repair pathway is controlled by differential phosphorylation of 53BP1 (2016)
  • Author(s): Shinya Isobe, Koji Nagao, Naohito Nozaki, Hiroshi Kimura, Chikashi Obuse
  • Organizer: The 10th International 3R Symposium
  • Place of Presentation: ホテル一畑（島根県松江市）
  • Year and Date: 2016-11-13
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Conserved repressive chromatin properties on inactive X chromosome between human and mouse (2016)
  • Author(s): Koji Nagao, Sachiko Shibata, Y Sakakibara, Takehisa Sakaguchi, Ryu-suke Nozawa, Hiroshi Kimura, Takashi Sado, Chikashi Obuse
  • Organizer: Royal Society Meeting; X-chromosome inactivation: a tribute to Mary Lyon
  • Place of Presentation: THE ROYAL SOCIETY in London、MRC in Harwell（イギリス）
  • Year and Date: 2016-10-02
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] エピジェネティックコードを基盤としたヘテロクロマチンの形成機構 (2016)
  • Author(s): 小布施 力史
  • Organizer: 日本遺伝学会 第88回大会
  • Place of Presentation: 日本大学（静岡県三島市）
  • Year and Date: 2016-09-07
  • Invited
• [Presentation] HP1結合タンパク質を通したクロマチン機能の解明 (2016)
  • Author(s): 小布施 力史
  • Organizer: RNAフロンティアミーティング
  • Place of Presentation: いこいの湯宿 いろは （北海道虻田郡ニセコ町）
  • Year and Date: 2016-08-31
  • Invited
• [Presentation] DNA Double Strand Breaks Repair Pathway is Controlled by Differential Phosphorylation of 53BP1 (2016)
  • Author(s): Isobe S, Ohkubo Y, Nagao K, Nozaki N, Kimura H, Obuse C.
  • Organizer: 12th International Congress of Cell Biology（ICCB)
  • Place of Presentation: プラハ国際会議センター（チェコ プラハ）
  • Year and Date: 2016-07-21
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] HPIの解析から見えてきたヘテロクロマチンの構造と機能 (2016)
  • Author(s): 小布施力史
  • Organizer: 第1回ATR-X症候群シンポジウム
  • Place of Presentation: 国立京都国際会館 （京都府京都市）
  • Year and Date: 2016-04-02
  • Invited