Asymmetric inheritance of ribosomal DNA that governs cellular aging and rejuvenation

• Project/Area Number: 18K06056
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 43010:Molecular biology-related
• Research Institution: Tohoku University (2020-2021); The University of Tokyo (2018-2019)
• Principal Investigator: Horigome Chihiro 東北大学, 農学研究科, 助教 (10771206)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2022-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2020: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2019: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2018: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: 酵母 / リボソームRNA遺伝子 / 核膜 / クロマチン動態 / 老化 / 若返り / rDNA / マイクロ流体チップ

Outline of Final Research Achievements

We have shown that the ribosomal RNA genes (rDNA) in budding yeast are recruited to the nuclear pore upon the induction of DNA double-strand break. In this study, we found that rDNA stability was reduced in strains where this association with the nuclear envelope was prevented.
We further showed that rDNA binds to the nuclear pore in a manner dependent on DNA damage checkpoint kinase Tel1 and cohibin which associates rDNA to the nuclear envelope to maintain rDNA stability. We speculate that damaged rDNA is sequestered at the nuclear periphery to inhibit aberrant recombination events.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究で注目している核膜孔とリボソームRNA遺伝子は、ヒトを含む全ての真核生物に保存されている細胞核構造および遺伝子である。酵母ではリボソームRNA遺伝子の安定性が細胞寿命をコントロールしていることが示唆されているが、ヒトの早期老化症の解析では核膜そしてゲノムの安定性がヒトの老化抑制に重要であることが示唆されている。
本研究により明らかになった損傷を受けたリボソームRNA遺伝子が核膜孔に結合して安定化される機構は、酵母とヒトの老化の共通性を明らかにし、真核生物の寿命を支配する機構の包括理解につながる研究に発展すると期待される。

Research Products

• [Journal Article] Analysis of the molecular evolution of histone variant H2A.Z using a linker-mediated complex strategy and yeast genetic complementation (2021)
  • Author(s): Kitagawa Saho、Kusakabe Masayuki、Takahashi Daisuke、Narimiya Takumi、Nakabayashi Yu、Seki Masayuki、Horigome Chihiro、Harata Masahiko
  • Journal Title: Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry Volume: 86 Issue: 1 Pages: 104-108
  • DOI: 10.1093/bbb/zbab190
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Rejuvenation of ribosomal RNA gene repeats at the nuclear pore (2020)
  • Author(s): Chihiro Horigome and Takehiko Kobayashi
  • Journal Title: Current Genetics Volume: 66 Issue: 1 Pages: 7-13
  • DOI: 10.1007/s00294-019-01024-3
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Ribosomal RNA gene repeats associate with the nuclear pore complex for maintenance after DNA damage (2019)
  • Author(s): Horigome Chihiro、Unozawa Eri、Ooki Takamasa、Kobayashi Takehiko
  • Journal Title: PLOS Genetics Volume: 15 Issue: 4 Pages: e1008103-e1008103
  • DOI: 10.1371/journal.pgen.1008103
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] DNA損傷依存的な姉妹染色分体間接着には核膜孔との結合が必要である (2021)
  • Author(s): 折原行希、高橋大輔、小西辰紀、岡田大和、尾間由佳子、島田健士、Susan M. Gasser、 原田昌彦、堀籠智洋
  • Organizer: 酵母遺伝学フォーラム第54回研究報告会
• [Presentation] DNA損傷誘導性姉妹染色分体間接着には損傷部位と核膜孔との結合が必要である (2021)
  • Author(s): 岡田大和、折原行希、高橋大輔、小西辰紀、尾間由佳子、島田健士、Susan M. Gasser、原田昌彦、堀籠智洋
  • Organizer: 日本農芸化学会東北支部 第156回大会
• [Presentation] 老化した出芽酵母におけるDNA二本鎖切断の解析 (2021)
  • Author(s): 堀川和希、原田昌彦、堀籠智洋
  • Organizer: 日本農芸化学会東北支部 第156回大会
• [Presentation] DNA損傷依存的な姉妹染色体分体間接着には核膜孔との結合が必要である (2021)
  • Author(s): 岡田大和、折原行希、高橋大輔、小西辰紀、尾間由佳子、島田健士、Susan M. Gasser、原田昌彦、堀籠智洋
  • Organizer: 第44回日本分子生物学会年会
• [Presentation] 老化した出芽酵母における DNA 二本鎖切断の核膜結合に関する解析 (2021)
  • Author(s): 堀川和希、原田昌彦、堀籠智洋
  • Organizer: 第44回日本分子生物学会年会
• [Presentation] DNA損傷依存的な姉妹染色分体間接着への核膜孔の関与 (2021)
  • Author(s): 折原行希，高橋大輔，小西辰紀，尾間由佳子，島田健士, Susan M. Gasser, 原田昌彦, 堀籠智洋
  • Organizer: 日本農芸化学会 2021 年度大会
• [Presentation] DNA損傷依存的な姉妹染色分体間接着への核膜孔の関与 (2021)
  • Author(s): 折原行希，高橋大輔，小西辰紀，尾間由佳子，島田健士, Susan M. Gasser, 原田昌彦, 堀籠智洋
  • Organizer: 第38回染色体ワークショップ・第19回核ダイナミクス研究会
• [Presentation] 細胞の老化と若返りを支配する、リボソームRNA遺伝子の不等分配に関する研究 (2020)
  • Author(s): 堀籠智洋, 小林武彦
  • Organizer: 第53回酵母遺伝学フォーラム研究報告会
• [Presentation] DNA二本鎖切断を受けたリボソームRNA遺伝子は核膜孔に結合して安定化される (2019)
  • Author(s): 堀籠智洋、鵜之沢英理、大木孝将、小林武彦
  • Organizer: 第42回日本分子生物学会年会
  • Invited
• [Presentation] DNA二本鎖切断を受けたリボソームRNA遺伝子は核膜孔に結合して安定化される (2019)
  • Author(s): 堀籠智洋、鵜之沢英理、大木孝将、小林武彦
  • Organizer: 第52回酵母遺伝学フォーラム
• [Presentation] The ribosomal RNA gene repeat associates with the nuclear pore complex after DNA damage during replication (2018)
  • Author(s): Chihiro Horigome
  • Organizer: The 11th 3R+3C Symposium
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] 東北大学大学院農学研究科・農学部 分子生物化学分野ウェブサイト
  • URL: https://www.harata-lab.org/
• [Remarks] 「老化と若返りの鍵を握る遺伝子」は、自ら病院を訪れ、治療を受ける
  • URL: http://www.iam.u-tokyo.ac.jp/news/20190524/