Elucidation of the selection mechanism of transcription termination and polyadenylation sites by using novel proteomic approach

• Project/Area Number: 20H03182
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 43010:Molecular biology-related
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: Yamaguchi Yuki 東京工業大学, 生命理工学院, 教授 (50345360)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥17,680,000 (Direct Cost: ¥13,600,000、Indirect Cost: ¥4,080,000); Fiscal Year 2022: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000); Fiscal Year 2021: ¥5,980,000 (Direct Cost: ¥4,600,000、Indirect Cost: ¥1,380,000); Fiscal Year 2020: ¥6,630,000 (Direct Cost: ¥5,100,000、Indirect Cost: ¥1,530,000)
• Keywords: RNAポリメラーゼII / 転写伸長 / 選択的RNAプロセシング / 核内構造 / 転写 / RNAプロセシング / クロマチン / 分子間相互作用 / 転写終結 / ポリ(A)付加 / プロテオーム解析 / 遺伝学的スクリーニング / ポリA付加

Outline of Research at the Start

転写終結・3’プロセシング部位の選択機構として、選択的ポリ(A)付加という細胞分化やシグナル伝達等に関わる制御機構と、望ましくない遺伝子内部の潜在的ポリ(A)付加シグナルを読み飛ばす機構の２種類が知られている。これらの分子機構の全体像は未だ明らかでないが、申請者らは最近、NELF bodiesという核内ドメインが後者に重要な役割を果たしていることを見出した。本研究の目的は、転写終結・3’プロセシング部位の選択機構を「反応場（構造）」と「機能」の両面から明らかにすることである。

Outline of Final Research Achievements

The purpose of this study was to elucidate the selection mechanism of transcription termination and 3' processing sites from the viewpoints of both "reaction field (structure)" and "function." For the former, we analyzed the structural aspect using our proximity-dependent biotinylation method using antibodies. For the latter, we analyzed the effects of knockdown of candidate factors and 1,6-hexanediol treatment on alternative polyadenylation by RNA-seq. These results revealed that transcription and RNA processing factors such as NELF, CBC, and CF-Im cooperate with Cajal Body components to regulate alternative polyadenylation in many genes.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

選択的ポリ(A)付加は、初期発生やB細胞の成熟分化、に関わるほか、その異常はグリオーマ等の疾患にも深く関与しており、選択的スプライシングや選択的プロモーターの使用と並んで、多様で複雑なトランスクリプトームの形成に重要な役割を果たしていることが分かってきている。本研究成果は、こうした多様で複雑なトランスクリプトームの形成機構、特に核内構造との関わりの理解を深めるのみならず、今後、転写・RNAプロセシング因子の遺伝子変異と疾患との関連の解明にも資するものである。

Research Products

• [Int'l Joint Research] University of Helsinki(フィンランド)
• [Int'l Joint Research] Stowers Institute for Medical Research(米国)
• [Journal Article] Integrator complex subunit 15 controls mRNA splicing and is critical for eye development (2023)
  • Author(s): Noriyuki Azuma, Tadashi Yokoi, Taku Tanaka, Emiko Matsuzaka, Yuki Saida, Sachiko Nishina, Miho Terao, Shuji Takada, Maki Fukami, Kohji Okamura, Kayoko Maehara, Tokiwa Yamasaki, Jun Hirayama, Hiroshi Nishina, Hiroshi Handa, and Yuki Yamaguchi
  • Journal Title: Hum. Mol. Genet. Volume: ddad034 Issue: 12 Pages: 2032-2045
  • DOI: 10.1093/hmg/ddad034
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The 3′ Pol II pausing at replication-dependent histone genes is regulated by Mediator through Cajal bodies’ association with histone locus bodies (2022)
  • Author(s): Suzuki Hidefumi、Abe Ryota、Shimada Miho、Hirose Tomonori、Hirose Hiroko、Noguchi Keisuke、Ike Yoko、Yasui Nanami、Furugori Kazuki、Yamaguchi Yuki、Toyoda Atsushi、Suzuki Yutaka、Yamamoto Tatsuro、Saitoh Noriko、Sato Shigeo、Tomomori-Sato Chieri、Conaway Ronald C.、Conaway Joan W.、Takahashi Hidehisa
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 13 Issue: 1 Pages: 2905-2905
  • DOI: 10.1038/s41467-022-30632-w
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Discovery of CRBN as a target of thalidomide: a breakthrough for progress in the development of protein degraders (2022)
  • Author(s): Junichi Yamamoto, Takumi Ito, Yuki Yamaguchi, Hiroshi Handa
  • Journal Title: Chem. Soc. Rev. Volume: 51 Issue: 15 Pages: 6234-6250
  • DOI: 10.1039/d2cs00116k
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Three human RNA polymerases interact with TFIIH via a common RPB6 subunit (2022)
  • Author(s): Okuda Masahiko、Suwa Tetsufumi、Suzuki Hidefumi、Yamaguchi Yuki、Nishimura Yoshifumi
  • Journal Title: Nucleic Acids Research Volume: 50 Issue: 1 Pages: 1-16
  • DOI: 10.1093/nar/gkab612
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] PLZF and its fusion proteins are pomalidomide-dependent CRBN neosubstrates (2021)
  • Author(s): Shimizu Nobuyuki、Asatsuma-Okumura Tomoko、Yamamoto Junichi、Yamaguchi Yuki、Handa Hiroshi、Ito Takumi
  • Journal Title: Communications Biology Volume: 4 Issue: 1 Pages: 1277-1277
  • DOI: 10.1038/s42003-021-02801-y
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Exploiting ubiquitin ligase cereblon as a target for small-molecule compounds in medicine and chemical biology (2021)
  • Author(s): Ito Takumi、Yamaguchi Yuki、Handa Hiroshi
  • Journal Title: Cell Chemical Biology Volume: 28 Issue: 7 Pages: 987-999
  • DOI: 10.1016/j.chembiol.2021.04.012
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] ARID2 is a pomalidomide-dependent CRL4 CRBN substrate in multiple myeloma cells (2020)
  • Author(s): Yamamoto J, Suwa T, Murase Y, Tateno S, Mizutome H, Asatsuma-Okumura T, Shimizu N, Kishi T, Momose S, Kizaki M, Ito T, Yamaguchi Y, Handa H.
  • Journal Title: Nat Chem Biol Volume: 16 Issue: 11 Pages: 1208-1217
  • DOI: 10.1038/s41589-020-0645-3
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Genome-wide screening reveals a role for subcellular localization of CRBN in the anti-myeloma activity of pomalidomide (2020)
  • Author(s): Tateno Shumpei、Iida Midori、Fujii Satoshi、Suwa Tetsufumi、Katayama Miki、Tokuyama Haruka、Yamamoto Junichi、Ito Takumi、Sakamoto Satoshi、Handa Hiroshi、Yamaguchi Yuki
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 10 Issue: 1 Pages: 4012-4012
  • DOI: 10.1038/s41598-020-61027-w
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The role of Mediator and Little Elongation Complex in transcription termination (2020)
  • Author(s): Takahashi H, Ranjan A, Chen S, Suzuki H, Shibata M, Hirose T, Hirose H, Sasaki K, Abe R, Chen K, He Y, Zhang Y, Takigawa I, Tsukiyama T, Watanabe M, Fujii S, Iida M, Yamamoto J, Yamaguchi Y, Suzuki Y, Matsumoto M, Nakayama KI, Washburn P, Saraf A, Florens L, Sato S, Tomomori-Sato C, Conaway RC, Conaway JW, Hatakeyama S
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 11 Issue: 1 Pages: 1-20
  • DOI: 10.1038/s41467-020-14849-1
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] メディエーター複合体による新規の転写スピード調節機構の解明 (2022)
  • Author(s): 鈴木秀文, 阿部竜太, 嶋田美穂, 廣瀬智威, 廣瀬博子, 野口慶介, 池陽子, 安井七海, 古郡華月, 山口雄輝, 豊田敦, 鈴木穣, 山本達郎, 斉藤典子, Sato Shigeo, Tomomori-Sato Chieri, Conaway Ronald, Conaway Joan, 高橋秀尚
  • Organizer: 第45回日本分子生物学会
• [Presentation] 新規ビオチン標識法を用いたマルチオミクス解析によるCajal body構成因子の網羅的解析とCajal body形成メカニズムの解明 (2022)
  • Author(s): 野口慶介, 鈴木秀文, 阿部竜太, 池陽子, 井野洋子, 木村弥生, 梁明秀, 土井宏, 田中章景, 山口雄輝, 高橋秀尚
  • Organizer: 第45回日本分子生物学会
• [Presentation] Pol IIの一時停止および核体凝集体の制御におけるメディエーター複合体の役割 (2022)
  • Author(s): 高橋秀尚, 鈴木秀文, 阿部竜太, 嶋田美穂, 廣瀬智威, 廣瀬博子, 野口慶介, 池陽子, 安井七海, 古郡華月, 山口雄輝, 豊田敦, 鈴木穣, 山本達郎, 斉藤典子, Sato Shigeo, Tomomori-Sato Chieri, Conaway Joan, Canaway Ronald
  • Organizer: 第45回日本分子生物学会
• [Presentation] ヒトRNAポリメラーゼと基本転写/修復因子TFIIHの新たな相互作用の構造生物学的研究 (2022)
  • Author(s): 奥田昌彦, 諏訪哲史, 鈴木秀文, 山口雄輝, 西村善文
  • Organizer: 第45回日本分子生物学会
• [Presentation] レナリドマイド耐性多発性骨髄腫細胞の生存に重要なポマリドマイド依存性CRL4CRBNのネオ基質ARID2の解析 (2022)
  • Author(s): 山本淳一, 山口雄輝, 半田宏
  • Organizer: 第45回日本分子生物学会
• [Presentation] 二次元的スクリーニング解析を駆使した既存抗がん剤の新規作用機序の解明を目指した研究 (2022)
  • Author(s): 原口大和, 坂本聡, 山口雄輝
  • Organizer: 第45回日本分子生物学会
• [Presentation] RNAポリメラーゼとTFIIHの相互作用部位の細胞機能解析 (2021)
  • Author(s): 山口雄輝
  • Organizer: BINDS-NMR報告会
• [Presentation] ポマリドミド依存的なCRBNのネオ基質ARID2の解析 (2021)
  • Author(s): 山本淳一，山口雄輝，半田宏
  • Organizer: 第44回日本分子生物学会
• [Presentation] 新規ビオチン標識法を用いたマルチオミックス解析によるCajal body形成メカニズムの解明 (2021)
  • Author(s): 野口慶介，鈴木秀文，阿部竜太，池陽子，井野洋子，木村弥生，梁明秀，土井宏，田中章景，山口雄輝，高橋秀尚
  • Organizer: 第44回日本分子生物学会
• [Presentation] ナノ磁性ビーズ精製とCRISPRライブラリースクリーニングによる薬剤標的分子の網羅的同定を目指した研究 (2021)
  • Author(s): 原口大和，坂本聡，山口雄輝
  • Organizer: 第44回日本分子生物学会
• [Presentation] In situビオチン化によるコヒーシン近傍因子の探索 (2021)
  • Author(s): 古屋智基，山口雄輝
  • Organizer: 第44回日本分子生物学会
• [Presentation] 共通サブユニットRPB6を介したヒトRNAポリメラーゼIIと基本転写因子TFIIHの相互作用 (2021)
  • Author(s): 諏訪哲史，奥田昌彦，鈴木秀文，西村善文，山口雄輝
  • Organizer: 第44回日本分子生物学会
• [Presentation] メディエーター複合体による新規の3' Pol IIポージング制御機構の解明 (2021)
  • Author(s): 鈴木秀文，阿部竜太，嶋田美穂，廣瀬智威，廣瀬博子，野口慶介，古郡華月，池陽子，安井七海，豊田敦，鈴木穣，山本達郎，斉藤典子，Ronald Conaway，Joan Conaway，山口雄輝，高橋秀尚
  • Organizer: 第44回日本分子生物学会
• [Presentation] RNAポリメラーゼと基本転写/修復因子TFIIHの新たな相互作用 (2021)
  • Author(s): 奥田昌彦，諏訪哲史，山口雄輝，西村善文
  • Organizer: 第39回染色体ワークショップ・第20回核ダイナミクス研究会
• [Remarks] RNAポリメラーゼの共通テイルの役割を解明
  • URL: https://www.titech.ac.jp/news/2021/061510
• [Remarks] 疾患関連タンパク質PLZFの選択的分解が可能に 白血病などの治療につながる発見
  • URL: https://educ.titech.ac.jp/bio/news/2021_11/061510.html
• [Remarks] 東京工業大学生命理工学院山口研究室
  • URL: http://yamaguchi.bio.titech.ac.jp/
• [Patent(Industrial Property Rights)] フェロトーシス抑制タンパク質1(FSP1)活性向上剤及びその用途、並びにFSP1活性向上剤をスクリーニングする方法 (2021)
  • Inventor(s): 小坂仁、宮内彰彦、神保恵理子、小林瑞、山口雄輝
  • Industrial Property Rights Holder: 小坂仁、宮内彰彦、神保恵理子、小林瑞、山口雄輝
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2021-185356
  • Filing Date: 2021
• [Patent(Industrial Property Rights)] 抗骨髄腫剤および抗骨髄腫剤のスクリーニング方法 (2020)
  • Inventor(s): 半田宏、伊藤拓水、山口雄輝、日置(山本)淳一
  • Industrial Property Rights Holder: 半田宏、伊藤拓水、山口雄輝、日置(山本)淳一
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2020-141689
  • Filing Date: 2020