ＤＮＡ損傷に伴うクロマチン構造変化の制御メカニズム解析

• Project/Area Number: 16J06389
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Morphology/Structure
• Research Institution: Tokyo University of Science
• Principal Investigator: 平川 健 東京理科大学, 理工学研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2016-04-22 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥3,400,000 (Direct Cost: ¥3,400,000); Fiscal Year 2018: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2017: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2016: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: クロマチン構造 / DNA損傷応答 / 相同組換え / DNA修復 / RAD54

Outline of Annual Research Achievements

1. RAD54の相互作用因子の同定と機能解析
シロイヌナズナDNA損傷応答においてRAD54は損傷ゲノム領域に集積してDNA修復フォーサイを形成するが、損傷領域を認識する分子メカニズムは不明であった。近年相同組換えにおいて相同組換え因子はヒストン修飾酵素やヒストンシャペロンと協調的に機能することが報告されていることから、RAD54の動態制御を担うエピジェネティック因子の同定を試みた。共免疫沈降及び質量分析の結果、RAD54の新規相互作用因子としてあるヒストン脱メチル化酵素(HDM)を同定した。BiFCアッセイ及び近接ライゲーションアッセイ(in situ PLA)によってもRAD54とHDMの相互作用は確認された。HDMはヒストンH3の4番目のジメチル(H3K4m2)の脱メチル化を介して遺伝子発現に寄与することから、RAD54とH3K4me2の関係解析を行った。In vitroプルダウンアッセイによりRAD54はH3K4me2に直接結合すること、HDM変異株においてRAD54とH3K4me2の相互作用頻度が増加していることがin situ PLAによりわかった。さらに、ChIP-qPCRによって、相同組換えにおいてH3K4me2はHDM依存的に減少することが明らかになった。これより、RAD54はH3K4me2を介して損傷領域に集積し、HDMはH3K4me2を脱メチル化してRAD54を適切なタイミングでクロマチンから解離させていることがわかった。

2. DNA損傷応答に機能するクロマチン構造制御因子の逆遺伝学的スクリーニング
前年度に単離したクロマチン構造制御因子の変異株におけるDNA損傷応答因子の発現解析を行った。その結果。DNA二本鎖切断処理時のDNA修復因子の発現量が低下していた。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] CNRS(フランス)
• [Int'l Joint Research] CNRS(France)
• [Int'l Joint Research] CNRS(France)
• [Journal Article] Proteasomal degradation of BRAHMA promotes Boron tolerance in Arabidopsis. (2018)
  • Author(s): Sakamoto, T., Tsujimoto-Inui, Y., Sotta, N., Hirakawa, T., Matsunaga, T. M., Fukao, Y., Matsunaga, S., and Fujiwara, T.
  • Journal Title: Nature Commun. Volume: 9 Issue: 1 Pages: 5285-5285
  • DOI: 10.1038/s41467-018-07393-6
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] RAD54 forms DNA repair foci in response to DNA damage in living plant cells. (2017)
  • Author(s): Hirakwa, T., Hasegawa, J., White, C and Matsunaga, S.
  • Journal Title: PLANT JOURNAL Volume: 90 Issue: 2 Pages: 372-382
  • DOI: 10.1111/tpj.13499
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Plant Aurora kinases interact with and phosphorylate transcription factors. (2016)
  • Author(s): Takagi, M., Sakamoto, T.,Suzuki, R.,Nemoto, K., Obayashi, T., Matsunaga, T. M., Hirakawa, T., Kurihara, D., Nariai, Y., Urano, T., Sawasaki, T., Matsunaga, S.
  • Journal Title: JOURNAL OF PLANT RESEARCH Volume: 129 Issue: 6 Pages: 1165-1178
  • DOI: 10.1007/s10265-016-0860-x
  • NAID: 40020988231
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Three dimensional, live-cell imaging of chromosome dynamics in plant nuclei using chromatin tagging systems. (2016)
  • Author(s): Hirakawa, T. and Matsunaga, S.
  • Journal Title: Methods in Molecular Biology Volume: 1469 Pages: 189-195
  • DOI: 10.1007/978-1-4939-4931-1_15
  • ISBN: 9781493949298, 9781493949311
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Dynamics of plant DNA replication based on PCNA visualization. (2016)
  • Author(s): Yokoyama, R., Hirakawa, T., Hayashi, S., Sakamoto, T. and Matsunaga S.
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 6 Issue: 1 Pages: 29657-29657
  • DOI: 10.1038/srep29657
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Chromatin Tagging Systems Contribute to Live Imaging Analyses for Chromatin Dynamics (2016)
  • Author(s): Hirakawa T. and Matsunaga S.
  • Journal Title: CYTOLOGIA Volume: 81 Issue: 2 Pages: 121-123
  • DOI: 10.1508/cytologia.81.121
  • NAID: 130005159789
  • ISSN: 0011-4545, 1348-7019
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] ヒストン脱メチル化酵素LDL1はH3K4me2の脱メチル化を介して相同組換え修復を促進する (2019)
  • Author(s): 平川健、桑田啓子、松永幸大
  • Organizer: 第60回日本植物生理学会年会
• [Presentation] ヒストン脱メチル化酵素によるDNA 損傷応答におけるクロマチン構造制御 (2018)
  • Author(s): 平川健、松永幸大
  • Organizer: 第4回環境記憶統合・若手の会
• [Presentation] シロイヌナズナの相同組換えにおけるヒストン脱メチル化酵素によるクロマチン構造制御 (2018)
  • Author(s): 平川健、桑田啓子、松永幸大
  • Organizer: 日本遺伝学会第90回大会
• [Presentation] ヒストン脱メチル化酵素による相同組換えにおけるクロマチン構造制御機構の解析 (2018)
  • Author(s): 平川健、桑田啓子、松永幸大
  • Organizer: 日本植物学会第82回大会
• [Presentation] ヒストン脱メチル化酵素によるクロマチンリモデリング因子RAD54の相同組換えにおける動態制御 (2018)
  • Author(s): 平川健、桑田啓子、松永幸大
  • Organizer: 日本植物形態学会第30回総会・大会
• [Presentation] Analysis of the histone demethylase during homologous recombination in response to damage (2018)
  • Author(s): Takeshi Hirakawa、Keiko Kuwata、Sachihiro Matsunaga
  • Organizer: EMBO Workshop "Plant Genome Stability and Change"
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 植物DNA損傷応答におけるヒストン脱メチル化酵素の機能解析 (2018)
  • Author(s): 平川健、桑田啓子、松永幸大
  • Organizer: 第59回日本植物生理学会年会
• [Presentation] DNA損傷応答におけるクロマチンリモデリング因子の動態解析 (2017)
  • Author(s): 平川健、松永幸大
  • Organizer: 第58回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 鹿児島大学郡元キャンパス(鹿児島県・鹿児島市)
  • Year and Date: 2017-03-16
• [Presentation] 植物DNA損傷応答におけるクロマチンリモデリング因子RAD54の核内動態解析 (2017)
  • Author(s): 平川健、松永幸大
  • Organizer: 2017年度生命科学系学会合同年次大会(ConBio2017)
• [Presentation] 植物DNA損傷応答におけるヒストン脱メチル化酵素の機能解析 (2017)
  • Author(s): 平川健、松永幸大
  • Organizer: 新学術領域・環境記憶統合 若手の会
• [Presentation] シロイヌナズナにおける相同組換え因子RAD54の動態解析 (2017)
  • Author(s): 平川健、松永幸大
  • Organizer: 日本植物学会第81回大会
• [Presentation] シロイヌナズナDNA損傷応答における相同組換え因子RAD54の動態解析 (2017)
  • Author(s): 平川健、松永幸大
  • Organizer: 日本植物形態学会第29回総会・大会
• [Presentation] Nuclear dynamics of chromatin remodeler RAD54 in DNA damage response of plant (2017)
  • Author(s): Takeshi Hirakawa, Sachihiro Matsunaga
  • Organizer: International Symposium on Imaging Frontier 2017
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] In vitro analysis of recombination activity of Arabidopsis Thaliana RAD51 and DMC1 (2016)
  • Author(s): Enwei Liu, Wataru Kobayashi, Shinichi Machida, Takeshi Hirakawa, Zsuzanna Orban-Nemeth, Sachihiro Matsunaga, Peter Schlogelhofer, Hitoshi Kurumizaka
  • Organizer: 第39回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜(神奈川県・横浜市)
  • Year and Date: 2016-11-30
• [Presentation] Chromatin dynamics in DNA damage response (2016)
  • Author(s): Sachihiro Matsunaga, Takeshi Hirakawa
  • Organizer: Cold Spring Harbor Asia Conferences 2016
  • Place of Presentation: 淡路夢舞台国際会議場(兵庫県・淡路市)
  • Year and Date: 2016-11-29
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Three-dimensional structure of a cyanobacterium visualized by cryogenic coherent X-ray diffraction imaging using X-ray free-electron laser (2016)
  • Author(s): Amane Kobayashi, Yuki Sekiguchi, Koji Okajima, Tomotaka Oroguchi, Masayoshi Nakasako, Yayoi Inui, Takeshi Hirakawa, Sachihiro Matsunaga, Masaki Yamamoto
  • Organizer: 第54回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: つくば国際会議場(茨城県・つくば市)
  • Year and Date: 2016-11-25
• [Presentation] 核内構造に着目した植物DNA損傷応答機構の解析 (2016)
  • Author(s): 平川健、松永幸大
  • Organizer: 新学術領域研究「発生ロジック」 第4回若手ワークショップ
  • Place of Presentation: ラフォーレ修善寺(静岡県・伊豆市)
  • Year and Date: 2016-11-01
• [Presentation] The chromatin remodeling factor forming DNA repair foci in living cells of Arabidopsis (2016)
  • Author(s): Takeshi Hirakawa, Sachihiro Matsunaga
  • Organizer: 新学術領域・環境記憶統合 若手の会
  • Place of Presentation: KKRホテル熱海(静岡県・熱海市)
  • Year and Date: 2016-10-12
• [Presentation] クロマチン・ライブイメージングへの挑戦 (2016)
  • Author(s): 松永幸大、藤本聡、平川健、栗田和貴、坂本卓也
  • Organizer: 日本植物学会第80回大会
  • Place of Presentation: 沖縄コンベンションセンター(沖縄県・宜野湾市)
  • Year and Date: 2016-09-16
• [Presentation] シロイヌナズナのDNA損傷応答において形成される核内構造体の解析 (2016)
  • Author(s): 平川健、松永幸大
  • Organizer: 日本植物学会第80回大会
  • Place of Presentation: 沖縄コンベンションセンター(沖縄県・宜野湾市)
  • Year and Date: 2016-09-16
• [Presentation] Imaging analysis for the dynamics of homologous loci under DNA damages in living cells of Arabidopsis thaliana (2016)
  • Author(s): Takeshi Hirakawa, Sachihiro Matsunaga
  • Organizer: Plant Genome Stability and Change 2016
  • Place of Presentation: 湘南国際村センター(神奈川県・三浦郡葉山町)
  • Year and Date: 2016-07-07
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] シロイヌナズナにおいてDNA損傷により形成される核内構造体の解析 (2016)
  • Author(s): 平川健、松永幸大
  • Organizer: 日本植物形態学会第28回総会・大会
  • Place of Presentation: 琉球大学千原キャンパス(沖縄県・中頭郡西原町)
• [Book] 21世紀の遺伝学(XV) (2019)
  • Author(s): 平川健、桑田啓子、松永幸大
  • Total Pages: 19
  • Publisher: シロイヌナズナの相同組換えにおけるヒストン脱メチル化酵素によるクロマチン構造制御
• [Book] Chapter 10 Coherent X-ray Diffraction Imaging of Cyanidioschyzon merolae. "Cyanidioschyzon merolae: A New Model Eukaryote for Cell and Organelle Biology" edited by Kuroiwa, T., Miyagishima, S., Matsunaga, S., Sato, N., Nozaki, H., Tanaka, K., and Misumi, O. (2018)
  • Author(s): Sekiguchi, Y., Kobayashi, A., Takayama, Y., Oide, M., Fukuda, A., Yamamoto, T., Okajima, K., Oroguchi, T., Hirakawa, T., Inui, Y., Matsunaga, S., Yamamoto, M., and Nakasako, M.
  • Publisher: Springer
  • ISBN: 9789811061011
• [Remarks] 東京理科大学 理工学部 応用生物科学科 松永研究室
  • URL: https://www.rs.tus.ac.jp/sachi/
• [Remarks] 放射線や化学物質により形成される植物の核内構造体の発見 ～植物のストレス診断指標を見出す～
  • URL: http://www.tus.ac.jp/today/20170208001_2.pdf