Chromatin Dynamics of the Testis-Specific Histone Variant H3T/t

• Project/Area Number: 19H03211
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 43050:Genome biology-related
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: Harada Akihito 九州大学, 生体防御医学研究所, 准教授 (60596823)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥17,030,000 (Direct Cost: ¥13,100,000、Indirect Cost: ¥3,930,000); Fiscal Year 2021: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000); Fiscal Year 2020: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000); Fiscal Year 2019: ¥6,110,000 (Direct Cost: ¥4,700,000、Indirect Cost: ¥1,410,000)
• Keywords: クロマチン / ヒストン置換 / H3t / 精子形成

Outline of Research at the Start

精子形成過程では、「次世代へ伝播される遺伝情報」を形成するためクロマチン構造の再構成が起こる。この過程で起こる精子形成固有の現象が、体細胞型のヒストンから精巣特異的ヒストンへの置換である。我々はこれまでに、精子細胞には複数の機能未知のヒストンが発現しており、そのうちヒストンH3tは精子形成の最初期に必須であることを報告し、精子形成過程ではH3tを起点に従来の知見を超えた多彩且つ複雑なヒストン置換が起こっている可能性が高いことを示した。そこで、本研究では、体細胞型ヒストンから精子特異的ヒストンバリアントH3tへの置換を起点として、精子形成過程でのクロマチン構造変換とその制御機構の解明を目指す。

Outline of Final Research Achievements

We used ChIL-seq to evaluate the behavioral changes in the location of H3t incorporation into genome during spermatogenesis. Visualization of H3t localization in spermatogonial cells revealed that H3t formed a domain and H3.1/2 localized around it in many cases. The somatic histone H3.1/2 was incorporated into the genome before meiosis, suggesting that H3t functions during meiosis by replacing somatic histone H3.1/2.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

これまでに精巣特異的に発現するヒストンバリアントの同定とその機能解析が行われてきたが、その多くがプロタミン置換などの精子形成過程の後期に関与していることが報告されている。一方で、ヒストン修飾酵素の研究により、減数分裂期に必須の酵素などが同定されている。本研究成果は精子形成の初期に機能しうるヒストンバリアントが作るクロマチン構造の存在が明らかとなった。これまでのヒストン修飾酵素などの知見と相俟って、生殖細胞形成におけるクロマチン動態の全容解明の一助となった。

Research Products

• [Journal Article] Uterus-specific transcriptional regulation underlies eggshell pigment production in Japanese quail. (2022)
  • Author(s): Ishishita S, Kitahara S, Takahashi M, Iwasaki S, Tatsumoto S, Hara I, Kaneko Y, Kinoshita K, Yamaguchi K, Harada A, Ohmori Y, Ohkawa Y, Go Y, Shigenobu S, Matsuda Y, Suzuki T.
  • Journal Title: PLoS One. Volume: 17
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Recent advances in single-cell epigenomics. (2021)
  • Author(s): Harada A, Kimura H, Ohkawa Y.
  • Journal Title: Curr Opin Struct Biol. Volume: -
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Modeling population size independent tissue epigenomes by ChIL-seq with single thin sections. (2021)
  • Author(s): Maehara K, Tomimatsu K, Harada A, Tanaka K, Sato S, Fukuoka M, Okada S, Handa T, Kurumizaka H, Saitoh N, Kimura H, Ohkawa Y.
  • Journal Title: Mol Syst Biol. Volume: 17
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Genome-wide analysis of chromatin structure changes upon MyoD binding in proliferative myoblasts during the cell cycle (2021)
  • Author(s): Wu Qianmei、Fujii Takeru、Harada Akihito、Tomimatsu Kosuke、Miyawaki-Kuwakado Atsuko、Fujita Masatoshi、Maehara Kazumitsu、Ohkawa Yasuyuki
  • Journal Title: The Journal of Biochemistry Volume: - Issue: 6 Pages: 653-661
  • DOI: 10.1093/jb/mvab001
  • NAID: 40022687719
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Targeted inhibition of EPAS1-driven IL-31 production by a small-molecule compound. (2021)
  • Author(s): Kamikaseda Y, Uruno T, Kunimura K, Harada A, Saiki K, Oisaki K, Sakata D, Nakahara T, Kido-Nakahara M, Kanai M, Nakamura S, Ohkawa Y, Furue M, Fukui Y.
  • Journal Title: J Allergy Clin Immunol. Volume: 148 Issue: 2 Pages: 633-638
  • DOI: 10.1016/j.jaci.2021.03.029
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] High-depth spatial transcriptome analysis by photo-isolation chemistry. (2021)
  • Author(s): Honda M, Oki S, Kimura R, Harada A, Maehara K, Tanaka K, Meno C, Ohkawa Y.
  • Journal Title: Nat Commun. Volume: 12 Issue: 1 Pages: 4416-4416
  • DOI: 10.1038/s41467-021-24691-8
  • NAID: 120007141968
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Transcriptome analysis of gene expression changes upon enzymatic dissociation in skeletal myoblasts. (2021)
  • Author(s): Miyawaki-Kuwakado A, Wu Q, Harada A, Tomimatsu K, Fujii T, Maehara K, Ohkawa Y.
  • Journal Title: Genes Cells. Volume: 26 Issue: 7 Pages: 530-540
  • DOI: 10.1111/gtc.12870
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Chromatin structure-dependent histone incorporation revealed by a genome-wide deposition assay (2021)
  • Author(s): Hiroaki Tachiwana, Mariko Dacher, Kazumitsu Maehara, Akihito Harada, Yosuke Seto, Ryohei Katayama, Yasuyuki Ohkawa, Hiroshi Kimura, Hitoshi Kurumizaka, Noriko Saitoh
  • Journal Title: eLife Volume: 10
  • DOI: 10.7554/elife.66290
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Subnuclear gene positioning through lamina association affects copper tolerance (2020)
  • Author(s): Sakamoto Yuki、Sato Mayuko、Sato Yoshikatsu、Harada Akihito、Suzuki Takamasa、Goto Chieko、Tamura Kentaro、Toyooka Kiminori、Kimura Hiroshi、Ohkawa Yasuyuki、Hara-Nishimura Ikuko、Takagi Shingo、Matsunaga Sachihiro
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 11 Issue: 1 Pages: 5914-5914
  • DOI: 10.1038/s41467-020-19621-z
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Genome-wide kinetic properties of transcriptional bursting in mouse embryonic stem cells (2020)
  • Author(s): Ochiai Hiroshi、Hayashi Tetsutaro、Umeda Mana、Yoshimura Mika、Harada Akihito、Shimizu Yukiko、Nakano Kenta、Saitoh Noriko、Liu Zhe、Yamamoto Takashi、Okamura Tadashi、Ohkawa Yasuyuki、Kimura Hiroshi、Nikaido Itoshi
  • Journal Title: Science Advances Volume: 6 Issue: 25
  • DOI: 10.1126/sciadv.aaz6699
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Chromatin integration labeling for mapping DNA-binding proteins and modifications with low input. (2020)
  • Author(s): Tetsuya Handa, Akihito Harada, Kazumitsu Maehara, Shoko Sato, Masaru Nakao, Naoki Goto, Hitoshi Kurumizaka, Yasuyuki Ohkawa, Hiroshi Kimura.
  • Journal Title: Nat Protoc. Volume: 15 Issue: 10 Pages: 3334-3360
  • DOI: 10.1038/s41596-020-0375-8
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Chromatin-bound CRM1 recruits SET-Nup214 and NPM1c onto HOX clusters causing aberrant HOX expression in leukemia cells. (2019)
  • Author(s): Oka M, Mura S, Otani M, Miyamoto Y, Nogami J, Maehara K, Harada A, Tachibana T, Yoneda Y, Ohkawa Y
  • Journal Title: Elife Volume: 8
  • DOI: 10.7554/elife.46667
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Sustained expression of HeyL is critical for the proliferation of muscle stem cells in overloaded muscle. (2019)
  • Author(s): Fukuda S, Kaneshige A, Kaji T, Noguchi YT, Takemoto Y, Zhang L, Tsujikawa K, Kokubo H, Uezumi A, Maehara K, Harada A, Ohkawa Y, Fukada SI.
  • Journal Title: eLife Volume: 8
  • DOI: 10.7554/elife.48284
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Biochemical analysis of nucleosome targeting by Tn5 transposase (2019)
  • Author(s): Sato S, Arimura Y, Kujirai T, Harada A, Maehara K, Nogami J, Ohkawa Y, Kurumizaka H.
  • Journal Title: Open Biol. Volume: 9 Issue: 8 Pages: 190116-190116
  • DOI: 10.1098/rsob.190116
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] ChIL法による単一細胞マルチオミクスプロファイリング (2021)
  • Author(s): 原田哲仁
  • Organizer: 第44回日本分子生物学会
  • Invited
• [Presentation] Epigenomic lineage tracing toward the understanding acquisition of tissue-specific gene expression profile (2021)
  • Author(s): 原田哲仁
  • Organizer: ＩＭＳセミナー
  • Invited
• [Presentation] ChIL法による単一細胞エピゲノムプロファイリング. (2020)
  • Author(s): 原田 哲仁, 前原 一満, 半田 哲也, 木村 宏 , 大川恭行
  • Organizer: 第43回日本分子生物学会
• [Presentation] 組織切片を用いたエピゲノム解析 (2020)
  • Author(s): 原田 哲仁, 前原 一満, 田中 かおり, 半田 哲也, 木村 宏, 大川 恭行
  • Organizer: 日本農芸化学会2020年度大会
• [Presentation] ヒストンH3バリアントの選択的取り込みによる組織特異的な遺伝子発現制御 (2019)
  • Author(s): 原田 哲仁, 小松 哲郎, 前原 一満, 近藤 友佳理, 田中 かおり, 桑門 温子, 佐藤 優子, 木村 宏, 林 克彦, 小野 悠介, 竹本 龍也, 胡桃坂 仁志, 大川 恭行
  • Organizer: 第47回日本分子生物学会年会
• [Book] Journal of Japanese Biochemical Society (2021)
  • Author(s): 原田 哲仁，大川 恭行
  • Publisher: 日本生化学会
• [Book] 1細胞エピゲノム解析技術開発の最前線 (2021)
  • Author(s): 大川 恭行,原田 哲仁,前原 一満
  • Total Pages: 6
  • Publisher: 医歯薬出版株式会社 週刊医学のあゆみ
• [Book] 骨格筋研究のための最先端解析技術. (2020)
  • Author(s): 原田 哲仁，大川 恭行
  • Total Pages: 7
  • Publisher: 羊土社 実験医学
• [Book] シングルセルでのエピゲノム情報の計測技術. (2020)
  • Author(s): 原田 哲仁，大川 恭行
  • Total Pages: 8
  • Publisher: 羊土社 実験医学
• [Book] 実験医学 (2019)
  • Author(s): クロマチン挿入標識法（ChIL）による単一細胞エピゲノム解析
  • Total Pages: 6
  • Publisher: 羊土社
• [Remarks] 九州大学 トランスクリプトミクス分野ホームページ
  • URL: https://tx.bioreg.kyushu-u.ac.jp/
• [Patent(Industrial Property Rights)] 対象核酸の塩基配列を１細胞レベルで並列に検出する方法 (2020)
  • Inventor(s): 大川 恭行、原田哲仁
  • Industrial Property Rights Holder: 国立大学法人九州大学
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Filing Date: 2020