Dissecting a transcriptional domain

• Project/Area Number: 21H04765
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Medium-sized Section 43:Biology at molecular to cellular levels, and related fields
• Research Institution: Kanazawa University
• Principal Investigator: 宮成 悠介 金沢大学, ナノ生命科学研究所, 准教授 (60469608)
• Project Period (FY): 2021-04-05 – 2026-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥41,600,000 (Direct Cost: ¥32,000,000、Indirect Cost: ¥9,600,000); Fiscal Year 2024: ¥8,450,000 (Direct Cost: ¥6,500,000、Indirect Cost: ¥1,950,000); Fiscal Year 2023: ¥7,670,000 (Direct Cost: ¥5,900,000、Indirect Cost: ¥1,770,000); Fiscal Year 2022: ¥8,320,000 (Direct Cost: ¥6,400,000、Indirect Cost: ¥1,920,000); Fiscal Year 2021: ¥8,710,000 (Direct Cost: ¥6,700,000、Indirect Cost: ¥2,010,000)
• Keywords: エピジェネティクス / クロマチン / 転写

Outline of Research at the Start

iPS細胞のリプログラミング過程では、エピゲノム情報、およびクロマチン高次構造が再構築され、それに伴って遺伝子発現パターンもダイナミックに変化する。本研究では、２つの革新的なインセル複合体解析技術を駆使することにより、ES細胞における転写ドメインの構築原理を明らかにする。それによって、細胞運命決定を司る転写プログラムの解明にチャレンジする。

Outline of Annual Research Achievements

CTCFによる転写ドメインの機能解析を目的として、まずCTCFノックイン細胞を樹立した。この細胞では、CTCFのN末端とC末端にそれぞれ異なるタグ配 列(FLAG or ALFA)を融合したものであり、自作したタグ配列に対するリコンビナント抗体を用いてmulti-CUT&TAGの解析をおこなった。その結果、CTCFのクロマチンへの結合方向を同定することに成功した。この結果は、我々の作成したコンパクトなリコンビナント抗体を用いることで、より解像度高く標的の結合様式を解析できることを示唆しており、当初予定していた細胞内における転写複合体の解析のための大きな基盤技術となる。
また昨年度にクロマチン制御因子として同定したTFDP1の機能解析をすすめたところ、TFDP1が直接クロマチンアクセシビリティを制御しているのではなく、その下流の遺伝子群ヒストンの転写制御を担っていることが明らかとなった。TFDP1をノックアウトすることによって、ヒストンの転写量が一定量下がり、ゲノム全体のクロマチンアクセシビリティが上昇するのだろうと結論づけた。本研究成果を国際誌に発表すべく、現在データを取りまとめている。
また、クロマチンアクセシビリティを人為的に操作することによって、DNAに関連する様々な細胞機能改変への応用をこころみた。具体的には、Cas9がDNAへと結合することが必要なゲノム編集、山中4因子がクロマチンへと結合することが必要なiPSリプログラミングについて、アクセシビリティの人為操作が与える影響をしらべたところ、いずれの場合もその効率を改善させることに成功した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

当初予定していた、転写ドメインに関する研究は、CTCF結合方向性を決定する技術の開発など大きく進展が見られた。タンパク質複合体の解析については、停滞している。一方で、クロマチンアクセシビリティの制御因子に関する研究などは大きく進展している。

Strategy for Future Research Activity

これまでに開発した技術基盤をもとに、転写ドメインのインセル解析に注力する。とくに、実験系が動き出しているCTCFを中心に、CTCFとコヒーシン複合体の細胞内での挙動を明らかにする予定である。

Research Products

• [Journal Article] Borealin-Derived Peptides as Survivin-Targeting Cancer Imaging and Therapeutic Agents (2022)
  • Author(s): Nozaki Iori、Ishikawa Natsumi、Miyanari Yusuke、Ogawa Kazuma、Tagawa Ayako、Yoshida Sakura、Munekane Masayuki、Mishiro Kenji、Toriba Akira、Nakayama Morio、Fuchigami Takeshi
  • Journal Title: Bioconjugate Chemistry Volume: 33 Issue: 11 Pages: 2149-2160
  • DOI: 10.1021/acs.bioconjchem.2c00398
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Imaging Chromatin Accessibility by Assay of Transposase-Accessible Chromatin with Visualization (2022)
  • Author(s): Miyanari Yusuke
  • Journal Title: Methods in Molecular Biology Volume: 2577 Pages: 93-101
  • DOI: 10.1007/978-1-0716-2724-2_7
  • ISBN: 9781071627235, 9781071627242
  • Peer Reviewed