Contribution of chromatin remodeling complexes to the spatial positioning of DNA damage region and to the genome integrity

• Project/Area Number: 25850242
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Research Field: Applied molecular and cellular biology
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: OMA Yukako 東北大学, 農学研究科, JSPS特別研究員(RPD) (20443997)
• Project Period (FY): 2014-02-01 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000); Fiscal Year 2016: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000); Fiscal Year 2015: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2014: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2013: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
• Keywords: クロマチン構造変換複合体 / DNA損傷修復 / 姉妹染色分体間接着 / クロマチン / クロマチン核内空間配置 / DNA二重鎖切断 / 染色体核内配置 / コヒージョン / クロマチン核内配置

Outline of Final Research Achievements

DNA double-strand breaks (DSBs) are the most serious type of DNA damage. It has been shown that DNA damage-induced sister chromatid cohesion facilitates homologous recombination repair (HR) at DSB proximal regions. We found that the damage induced-cohesion was impaired in yeast mutants defected in nuclear pore complex (NPC) or in the DSB relocation to NPC. We also observed that damage-induced cohesion is impaired in yeast cells in which the association of SUMO ligase with NPC is abolished. We also showed the possible involvement of cohesin in this machinery. These results, we propose a model that the DSB relocation to NPC promotes the cohesin SUMOylation by SUMO ligase associated with NPC. This machineryis supposed to contribute to the maintenance of genome stability through facilitating HR of DSBs.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では、DNA 修復の実験材料として最も広く用いられている出芽酵母を用いて解析を行ったが、出芽酵母とヒトのクロマチン構造変換複合体の機能は保存されている。そのため、本研究でのDNA損傷領域の核内配置におけるクロマチン構造変換複合体の関与の解析は、核膜タンパク質の変異によって生じる早老症などの核膜病の原因や治療などの分野にも大きく貢献できる

Research Products

• [Journal Article] Distinct roles of ATM and ATR in the regulation of ARP8 phosphorylation to prevent chromosome translocations (2018)
  • Author(s): Sun, J., Shi, L., Kinomura, A., Fukuto, A., Horikoshi, Y., Oma, Y., Harata, M., Ikura, M., Ikura, T., Kanaar, R., Tashiro, S
  • Journal Title: elife Volume: 7
  • DOI: 10.7554/elife.32222
  • NAID: 120006539566
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Quantitative regulation of histone variant H2A.Z during cell cycle by ubiquitin proteasome system and SUMO-targeted ubiquitin ligases (2017)
  • Author(s): Takahashi Daisuke、Orihara Yuki、Kitagawa Saho、Kusakabe Masayuki、Shintani Takahiro、Oma Yukako、Harata Masahiko
  • Journal Title: Biosci Biotechnol Biochem. Volume: 81 Issue: 8 Pages: 1557-1560
  • DOI: 10.1080/09168451.2017.1326087
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Actin Family Proteins in the Human INO80 Chromatin Remodeling Complex Exhibit Functional Roles in the Induction of Heme Oxygenase-1 with Hemin (2017)
  • Author(s): Takahashi Yuichiro、Murakami Hirokazu、Akiyama Yusuke、Katoh Yasutake、Oma Yukako、Nishijima Hitoshi、Shibahara Kei-ichi、Igarashi Kazuhiko、Harata Masahiko
  • Journal Title: Frontiers in genetics Volume: 8 Pages: 17-17
  • DOI: 10.3389/fgene.2017.00017
  • NAID: 120006937662
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Quantitative regulation of histone variant H2A.Z during cell cycle by ubiquitin proteasome system and SUMO-targeted ubiquitin ligases. (2017)
  • Author(s): Takahashi D, Orihara Y, Kitagawa S, Kusakabe M, Oma Y, Harata M
  • Journal Title: Bios. Biotech. Biochem. Volume: 印刷中
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Roles of actin family proteins in functional organization of chromatin and the nucleus (2015)
  • Author(s): 原田昌彦、山崎祥他、尾間由佳子
  • Journal Title: 生化学 Volume: 87 Issue: 5 Pages: 629-632
  • DOI: 10.14952/SEIKAGAKU.2015.870629
  • NAID: 40020650298
  • ISSN: 0037-1017
  • Year and Date: 2015-10-25
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] アクチンファミリーによる細胞核・クロマチンの機能構造形成 (特集号 細胞核内反応の分子科学) (2015)
  • Author(s): 山崎祥他、尾間由佳子、原田昌彦
  • Journal Title: ナノ学会会報 “The bulletin of the Society of Nano Science and Technology” Volume: 13 Pages: 73-77
  • NAID: 40020430984
• [Journal Article] DNA binding properties of the actin-related protein Arp8 and its role in DNA repair. (2014)
  • Author(s): Osakabe, A., Takahashi, Y., Murakami, H., Otawa, K., Tachiwana, H., Oma, Y., Hitoshi Nishijima, H., Shibahara, K., Kurumizaka, H., Harata, M.
  • Journal Title: PLoS One Volume: 9 Issue: 10 Pages: e108354-e108354
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0108354
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] SWR1 and INO80 chromatin remodelers contribute to DNA double-strand break perinuclear anchorage site choice (2014)
  • Author(s): Horigome, C., Oma, Y., Konishi, T., Schmid, R., Marcomini, I., Hauer, M.H., Dion, V., Harata, M., and Gasser, S.M.
  • Journal Title: Mol Cell Volume: 55 Issue: 4 Pages: 626-639
  • DOI: 10.1016/j.molcel.2014.06.027
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Contribution of nuclear pore complex to DNA damage-induced sister chromatid cohesion through promoting SUMOylation of cohesin (2018)
  • Author(s): Yukako Oma, Yuki Orihara, Daisuke Takahashi, Tatsunori Konishi, Masahiko Harata
  • Organizer: 第70回日本細胞生物学会第51回日本発生生物学会合同大会/The Joint Annual Meeting of 51st JSDB and 70th JSCB
• [Presentation] DNA損傷修復における細胞核構造の役割：出芽酵母をモデル系とした解析 (2018)
  • Author(s): 尾間由佳子、折原行希、高橋大輔、小西辰紀、原田昌彦
  • Organizer: 農芸化学会 東北・北海道合同支部大会（東北支部第153回大会）
• [Presentation] DNA損傷誘導的コヒージョンにおけるコヒーシンSUMO化と核膜孔複合体の関与 (2018)
  • Author(s): 尾間由佳子、折原行希、高橋大輔、小西辰紀、原田昌彦
  • Organizer: 酵母遺伝学フォーラム第51回研究報告会
• [Presentation] DNA double-strand break relocation to nuclear pore complex contributes to DNA damage-induced sister chromatid cohesion (2018)
  • Author(s): Yukako Oma, Yuki Orihara, Daisuke Takahashi, Tatsunori Konishi, Masahiko Harata
  • Organizer: The 11th 3R & 3C Symposium
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ヒストンバリアントH2A.Zにおけるがん関連変異の遺伝子破壊細胞を用いた解析 (2018)
  • Author(s): 高橋 大輔, 日下部 将之, 折原 行希, 尾間 由佳子, 原田 昌彦
  • Organizer: 第41回日本分子生物学会年会
• [Presentation] Contribution of actin family proteins to nuclear organization (2018)
  • Author(s): Shota Yamazaki, Eri Ohfuchi, Yukako Oma, Kei Miyamoto, Masahiko Harata
  • Organizer: 2018 4D Nucleome-ASCB Satellite meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ヒストンバリアントH2A.Z のクロマチン導入部位決定機構解析 (2018)
  • Author(s): 高橋大輔、北川紗帆、小田有沙、仮屋園遼、尾間由佳子、太田邦史、原田昌彦
  • Organizer: 第36回 染色体ワークショップ / 第17回 核ダイナミクス研究会
• [Presentation] DNA 損傷依存的な姉妹染色分体間接着確立における核膜孔複合体の関与 (2017)
  • Author(s): 折原 行希，尾間 由佳子，小西 辰則，原田 昌彦
  • Organizer: 第69回日本細胞生物学会大会
• [Presentation] Histone variant H2A.Z and the cell cycle: its quantitative regulation and roles in chromosome segregation (2017)
  • Author(s): D. Takahashi , M. Kusakabe , S. Kitagawa , T. Narimiya , Y. Oma , M. Harata
  • Organizer: Tohoku Forum for Creativity Thematic Program 2017 New Horizons in Food Science via Agricultural Immunology, Stage 2 International symposium and youth program, Food Safety and Functional Evaluation
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Histone variant H2A.Z and the cell cycle: its quantitative regulation and roles in chromosome segregation (2017)
  • Author(s): Daisuke Takahashi, Masayuki Kusakabe, Saho Kitagawa, Takumi Narimiya, Shogo Hiratsuka, Yukako Oma, Masahiko Harata
  • Organizer: 1st HMGU-Japan Mini Symposium “Epigenetics and Chromatin”
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] DNA損傷誘導的な姉妹染色分体接着における核膜孔複合体の関与 (2017)
  • Author(s): 尾間由佳子、折原行希、小西辰則、堀籠智洋、Susan Gasser、原田昌彦
  • Organizer: 酵母遺伝学フォーラム第50回研究報告会
• [Presentation] 細胞周期におけるヒストンバリアントH2A.Zの量的制御と染色体分配への関与 (2017)
  • Author(s): 高橋 大輔、日下部 将之、北川 紗帆、尾間 由佳子、原田 昌彦
  • Organizer: 2017年度生命科学系学会合同年次大会
• [Presentation] DNA損傷依存的な姉妹染色分体間接着へのSUMO化の関与 (2016)
  • Author(s): 折原行希、尾間由佳子、小西辰紀、堀籠智洋、Susan Gasser、原田昌彦
  • Organizer: 第39回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川・横浜）
  • Year and Date: 2016-11-30
• [Presentation] Involvement of SUMO-targeted ubiquitin ligase in the establishment of damage dependent sister chromatid cohesion. (2016)
  • Author(s): Yuki Orihara, Tatsunori Konishi, Yukako Oma, Chihiro Horigome, Susan M. Gasser, Masahiko Harata
  • Organizer: 14th International Congress on Yeasts
  • Place of Presentation: 淡路夢舞台（兵庫・淡路）
  • Year and Date: 2016-09-11
• [Presentation] DNA損傷依存的な姉妹染色分体間接着形成へのSUMO化の関与 (2016)
  • Author(s): 折原行希、尾間由佳子、小西辰紀、堀籠智洋、Susan Gasser、原田昌彦
  • Organizer: 酵母遺伝学フォーラム第49回研究報告会
  • Place of Presentation: シーサイドホテル舞子ビラ神戸（兵庫・神戸）
  • Year and Date: 2016-09-09
• [Presentation] DNA二重鎖切断修復へのSUMO化修飾の関与 (2016)
  • Author(s): 折原行希、尾間由佳子、小西辰紀、堀籠 智洋、Susan Gasser、原田昌彦
  • Organizer: 第13回SUMO研究会
  • Place of Presentation: 関西学院大学大阪梅田キャンパス、大阪府大阪市
  • Year and Date: 2016-01-23
• [Presentation] DNA損傷依存的な姉妹染色分体間接着形成への核膜タンパク質の関与 (2015)
  • Author(s): 折原行希、尾間由佳子、小西辰紀、堀籠 智洋、Susan Gasser、原田昌彦
  • Organizer: 第38回日本分子生物学会年会、第88回日本生化学会大会 合同大会
  • Place of Presentation: 神戸ポートアイランド、兵庫県神戸市
  • Year and Date: 2015-12-01
• [Presentation] DNA二本鎖切断領域の核膜近傍への係留と損傷誘導的な姉妹染色分体接着に関する解析 (2015)
  • Author(s): 尾間由佳子、折原行希、堀籠智洋、小西辰紀、Susan Gasser、原田昌彦
  • Organizer: 日本遺伝学会第87会大会
  • Place of Presentation: 東北大学川内北キャンパス、宮城県仙台市
  • Year and Date: 2015-09-24
• [Presentation] DNA二重鎖切断領域の核膜近傍への移動におけるSWR1およびINO80クロマチンリモデリング複合体の役割 (2015)
  • Author(s): 尾間由佳子、折原行希、小西辰紀、堀籠智洋、Susan GASSER、原田昌彦
  • Organizer: 日本農芸化学会大会2015 大会
  • Place of Presentation: 岡山大学津島キャンパス（岡山市北区）
  • Year and Date: 2015-03-27
• [Presentation] DNA損傷依存的姉妹染色分体間接着への核膜タンパク質の関与 (2015)
  • Author(s): 折原行希、尾間由佳子、小西辰紀、堀籠智洋、Susan M. GASSER、原田昌彦
  • Organizer: 日本農芸化学会大会2015 大会
  • Place of Presentation: 岡山大学津島キャンパス（岡山市北区）
  • Year and Date: 2015-03-27
• [Presentation] Roles of actin family proteins in the functional organizaion of chromatin and the nucleus (2015)
  • Author(s): Oma, Y., Takahashi, Y., Murakami, H., Horigome, C., Gasser, S.M., Osakabe, A., Kurumizaka, H., Harata, M.
  • Organizer: Understanding the genome III - G60 Symposium
  • Place of Presentation: Hotel Prealpina (Switzerland, Chexbres)
  • Year and Date: 2015-03-20
• [Presentation] Role of actin family proteins in the functional organization of chromatin and the nucleus (2014)
  • Author(s): Yamazaki, S., Yamamoto, K., Oma, Y., Hozak, P., Gasser, S. and Harata, M.
  • Organizer: The 4D Nucleome 2014
  • Place of Presentation: 安芸グランドホテル（広島県廿日市）
  • Year and Date: 2014-12-17 – 2014-12-20
• [Presentation] DNA二本鎖切断の核膜結合部位決定におけるクロマチン再構成の役割 (2014)
  • Author(s): 堀籠智洋、尾間由佳子、小西辰紀、Roger Schmid、Isabella Marcomini、Michael Hauer、Vincent Dion、原田昌彦、Susan M. Gasser
  • Organizer: 第37回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（横浜市西区）
  • Year and Date: 2014-11-26
• [Presentation] Roles of actin family proteins in chromatin and nuclear organizaion for DNA repair (2014)
  • Author(s): Oma, Y., Takahashi, Y., Murakami, H., Horigome, C., Gasser, S., Osakabe, A., Kurumizaka, H. and Harata, H
  • Organizer: The 9th 3R (replication, recombination and repair) symposium
  • Place of Presentation: 御殿場高原時之栖（静岡県御殿場市）
  • Year and Date: 2014-11-17 – 2014-11-21
• [Presentation] DNA二本鎖切断部位の核内配置におけるクロマチン構造変換複合体の役割 (2014)
  • Author(s): 尾間由佳子、小西辰則、堀籠智洋、折原行希、Susan Gasser、原田昌彦
  • Organizer: 酵母遺伝学フォーラム第47回研究報告会
  • Place of Presentation: 東京大学農学部弥生キャンパス（東京都文京区）
  • Year and Date: 2014-09-01 – 2014-09-03
• [Remarks] 東北大学大学院農学研究科・農学部 分子生物学分野 原田研究室
  • URL: https://www.harata-lab.org/
• [Remarks] 東北大学大学院農学研究科・農学部 分子生物学分野 原田研究室
  • URL: http://www.harata-lab.org
• [Remarks] 東北大学大学院農学研究科・農学部 分子生物学分野 原田研究室
  • URL: http://www.harata-lab.org/
• [Remarks] 原田昌彦准教授（分子生物学分野）らが、DNA損傷修復に関わる新規クロマチン機構を解明
  • URL: http://www.agri.tohoku.ac.jp/j000000/kd506l0000001qua.html