Extrachromosomal elements of human genomic origin------from its basic understanding to the innovative cell technology

• Project/Area Number: 16K08144
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Applied molecular and cellular biology
• Research Institution: Hiroshima University
• Principal Investigator: Shimizu Noriaki 広島大学, 統合生命科学研究科, 教授 (10216096)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000); Fiscal Year 2018: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2017: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2016: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
• Keywords: 遺伝子増幅 / 染色体外因子 / Double MInutes / 組み替え蛋白質生産 / 反復配列 / 遺伝子発現 / 動物細胞工学 / Double Minutes / 細胞工学 / 染色体工学 / 組み換え蛋白質生産 / エピソーム / gene silencing / バイオテクノロジー / 遺伝子

Outline of Final Research Achievements

Gene amplification plays a pivotal role in carcinogenesis. It also is used in manufacture. Amplified genes frequently reside on the extrachromosomal DMs. We obtained the following achievement from this grant. We have clarified the intracellular behavior and elimination of DMs by introducing DM-specific breakage. We have shown that chromosome pulverization actually generates DMs in culture. We have found that the repeat sequence may be silenced or activated, which is depending on the sequence that make repeat. We have developed a method that amplify the target sequence at the targeted artificial chromosome.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

DMは、増幅遺伝子を運ぶことによってがん細胞悪性化の鍵となる構造である。その動態を明らかにし、その形成機構を実証した本研究の成果は、がんの理解と治療に重要な意義を持つとともに、遺伝子増幅を産業応用する際にも重要な知見となる。一方、遺伝子増幅の結果、反復配列となった際に、発現抑制されることは知られていたが、逆に活性化される場合があることは予想外で、蛋白質生産に応用する上で重要である。さらに、標的の人工染色体特異的に遺伝子増幅することは、人工染色体が細胞間で移動できることから、産業応用上重要な技術であり、さらに一般的な細胞工学技術として発展可能である。

Research Products

• [Journal Article] Generation and maintenance of acentric stable double minutes from chromosome arms in inter-species hybrid cells. (2019)
  • Author(s): Noriaki Shimizu , Rita Kapoor1, Shuhei Naniwa, Naoto Sakamaru, Taku Yamada, You-ki Yamamura and Koh-ichi Utani
  • Journal Title: BMC Molecular and Cell Biology Volume: 20 Issue: 1
  • DOI: 10.1186/s12860-019-0186-3
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Amplification of a transgene within a long array of replication origins favors higher gene expression in animal cells. (2017)
  • Author(s): Kiwamu Ohsaki, Yusuke Ohgaki, Noriaki Shimizu
  • Journal Title: PLoS ONE Volume: 12 Issue: 4 Pages: e0175585-e0175585
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0175585
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Phosphorylated SIRT1 associates with replication origins to prevent excess replication initiation and preserve genomic stability (2017)
  • Author(s): Koichi Utani, Haiqing Fu, Sang-Min Jang, Anna B. Marks, Owen K. Smith, Ya Zhang, Christophe E. Redon, Noriaki Shimizu and Mirit I. Aladjem,
  • Journal Title: Nucleic Acids Research Volume: 45 Issue: 13 Pages: 7807-7824
  • DOI: 10.1093/nar/gkx468
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Cloning and characterization of a human genomic sequence that alleviates repeat-induced gene silencing (2016)
  • Author(s): Miki Fukuma, Yuto Ganmyo, Osamu Miura, Takashi Ohyama, and Noriaki Shimizu
  • Journal Title: PLos ONE Volume: 11 Issue: 4 Pages: e0153338-e0153338
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0153338
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Epigenetic Repeat-Induced Gene Silencing in the Chromosomal and Extrachromosomal Contexts in Human Cells (2016)
  • Author(s): Sho-hei Mitsuda and Noriaki Shimizu
  • Journal Title: PLos ONE Volume: 11(8) Issue: 8 Pages: e0161288-e0161288
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0161288
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 染色体外因子の安定性と遺伝子増幅に与えるSIRT1の影響 (2018)
  • Author(s): 谷口諒之介、宇谷公一、Mirit Aladjem、清水典明
  • Organizer: 第41回日本分子生物学会年会
• [Presentation] 反復配列による遺伝子発現抑制 (RIGS)と、遺伝子発現活性化 (RIGA) (2018)
  • Author(s): 大垣祐介、福間美樹、大崎究、清水典明
  • Organizer: 第41回日本分子生物学会年会
• [Presentation] 染色体外因子の排出に関与する細胞質ブレッビングと遺伝子増幅 (2018)
  • Author(s): 大岡侑司、宇谷公一、Mirit Aladjem、清水典明
  • Organizer: 第41回日本分子生物学会年会
• [Presentation] 配列特異的2本鎖切断が遺伝子増幅と染色体外因子の動態に与える影響 (2018)
  • Author(s): 大畠吉裕、鈴木航太、清水典明
  • Organizer: 第41回日本分子生物学会年会
• [Presentation] マウス人工染色体特異的な目的遺伝子の増幅と、人工染色体の生細胞可視化 (2018)
  • Author(s): 阿蘇品愛美、 苗佳棋、桝本耀太、多田奈津子、田地野浩司、 清水典明
  • Organizer: 第41回日本分子生物学会年会
• [Presentation] マウス人工染色体ベクター上で目的遺伝子を増幅させるための研究 (2017)
  • Author(s): 阿蘇品愛美, 多田奈津子, 田地野浩司, 清水典明
  • Organizer: 第４０回日本分子生物学会・生命科学系学会合同年次大会
• [Presentation] 種間細胞融合による、ヒト染色体の断片化と、安定な染色体外因子 (DM) の形成 (2017)
  • Author(s): 山村勇貴、山田卓、坂丸 直人,浪花 修平,Rita Kapoor,宇谷 公一,清水 典明
  • Organizer: 第４０回日本分子生物学会・生命科学系学会合同年次大会
• [Presentation] 配列特異的2本鎖切断が遺伝子増幅と染色体外因子の動態に与える影響 (2017)
  • Author(s): 大畠 吉裕・鈴木 航太・清水 典明
  • Organizer: 第４０回日本分子生物学会・生命科学系学会合同年次大会
• [Presentation] 反復配列による遺伝子発現抑制 (RIGS)と、遺伝子発現活性化 (RIGA) (2017)
  • Author(s): 大垣祐介、福間美樹、大崎究、清水典明
  • Organizer: 第４０回日本分子生物学会・生命科学系学会合同年次大会
• [Presentation] 染色体外因子の安定性と遺伝子増幅に与えるSIRT1の影響 (2017)
  • Author(s): 谷口諒之介, 大岡佑司、宇谷公一、Mirit Aladjem、清水典明
  • Organizer: 第４０回日本分子生物学会・生命科学系学会合同年次大会
• [Presentation] 動物細胞内で増幅した遺伝子が受けるrepeat-induced gene silencing RIGS)の性状と解除法 (2016)
  • Author(s): 福間 美樹、元明 優人、 満田祥平,大崎究、清水 典明
  • Organizer: 第３９回日本分子生物学会大会；BMB2016
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜
  • Year and Date: 2016-12-01
• [Presentation] ヒト染色体の断片化による、増幅がん遺伝子を運ぶ安定な染色体外因子の形成 (2016)
  • Author(s): 山村勇貴、山田卓、坂丸 直人,浪花 修平,Rita Kapoor,宇谷 公一,清水 典明
  • Organizer: 第３９回日本分子生物学会大会；BMB2016
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜
  • Year and Date: 2016-12-01
• [Patent(Industrial Property Rights)] 標的とする染色体部位で目的の配列を増幅させるための方法 (2017)
  • Inventor(s): 清水典明、松岡隆之
  • Industrial Property Rights Holder: 広島大学（９），chromocenter (1)
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2017-218640
  • Filing Date: 2017