Controlling mechanisms of epigenome by silencing and anti-silencing

• Project/Area Number: 26221105
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Genetics/Chromosome dynamics
• Research Institution: National Institute of Genetics
• Principal Investigator: Kakutani Tetsuji 国立遺伝学研究所, 遺伝メカニズム研究系, 教授 (20332174)
• Project Period (FY): 2014-05-30 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥191,880,000 (Direct Cost: ¥147,600,000、Indirect Cost: ¥44,280,000); Fiscal Year 2018: ¥27,170,000 (Direct Cost: ¥20,900,000、Indirect Cost: ¥6,270,000); Fiscal Year 2017: ¥43,940,000 (Direct Cost: ¥33,800,000、Indirect Cost: ¥10,140,000); Fiscal Year 2016: ¥43,940,000 (Direct Cost: ¥33,800,000、Indirect Cost: ¥10,140,000); Fiscal Year 2015: ¥43,940,000 (Direct Cost: ¥33,800,000、Indirect Cost: ¥10,140,000); Fiscal Year 2014: ¥32,890,000 (Direct Cost: ¥25,300,000、Indirect Cost: ¥7,590,000)
• Keywords: エピゲノム / DNAメチル化 / ヒストン修飾 / トランスポゾン / エピジェネティック / エピジェネティクス / シロイヌナズナ / クロマチン

Outline of Final Research Achievements

Through genetic characterization of histone demethylase genes IBM1 and LDL2 of Arabidopsis, we showed importance of gene body H3K4me1 for establishment of epigenetic states (Inagaki et al 2017). Characterization of hypomethylation mutant revealed genome-wide negative feedback to control global level of heterochromatin (Ito et al 2015). Furthermore, we showed behavior and evolutionary dynamics of sequence-specific anti-silencing systems of VANC proteins and their targets (Hosaka et al 2017).

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

遺伝子のON/OFF状態が細胞分裂後にまで継承される「エピジェネティック」な遺伝子制御は個体発生やゲノム進化の理解に重要なだけでなく、農学や医学にも重要である。本研究では、遺伝子ON/OFF状態の決定にヒストンタンパク質修飾の相互作用が重要であることを示し、また、エピジェネティックな抑制を除くタンパク質とその標的配列を同定した。得られた知見は、エピジェネティックな機構の理解とともに、それを制御する技術にもつながりうるものと期待できる。

Assessment Rating

Verification Result (Rating)

A

Research Products

• [Journal Article] Genome defense against integrated organellar DNA fragments from plastids into plant nuclear genomes through DNA methylation (2019)
  • Author(s): Yoshida Takanori、Furihata Hazuka Y.、To Taiko Kim、Kakutani Tetsuji、Kawabe Akira
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 9 Issue: 1 Pages: 2060-2060
  • DOI: 10.1038/s41598-019-38607-6
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Primed histone demethylation regulates shoot regenerative competency. (2019)
  • Author(s): Ishihara H, Sugimoto K, Tarr PT, Temman H, Kadokura S, Inui Y, Sakamoto T, Sasaki T, Aida M, Suzuki T, Inagaki S, Morohashi K, Seki M, Kakutani T, Meyerowitz EM, Matsunaga S.
  • Journal Title: Nat Commun Volume: 16 Issue: 1 Pages: 1786-1786
  • DOI: 10.1038/s41467-019-09386-5
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] DNA Methylation Diversification at the Integrated Organellar DNA-Like Sequence (2018)
  • Author(s): Yoshida Takanori、Tarutani Yoshiaki、Kakutani Tetsuji、Kawabe Akira
  • Journal Title: Genes Volume: 9 Issue: 12 Pages: 602-602
  • DOI: 10.3390/genes9120602
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Transposable elements, genome evolution and transgenerational epigenetic variation (2018)
  • Author(s): Hosaka, A., Kakutani, T.
  • Journal Title: Current Opinion in Genetics & Development Volume: 49 Pages: 43-48
  • DOI: 10.1016/j.gde.2018.02.012
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Gene-body chromatin modification dynamics mediate epigenome differentiation in Arabidopsis. (2017)
  • Author(s): Inagaki S., Takahashi M., Hosaka A., Ito T., Toyoda A., Fujiyama A., Tarutani Y., and Kakutani T.
  • Journal Title: EMBO J Volume: 36 Issue: 8 Pages: 970-980
  • DOI: 10.15252/embj.201694983
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Evolution of sequence-specific anti-silencing systems in Arabidopsis (2017)
  • Author(s): Hosaka Aoi、Saito Raku、Takashima Kazuya、Sasaki Taku、Fu Yu、Kawabe Akira、Ito Tasuku、Toyoda Atsushi、Fujiyama Asao、Tarutani Yoshiaki、Kakutani Tetsuji
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 8 Issue: 1 Pages: 2161-2161
  • DOI: 10.1038/s41467-017-02150-7
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The histone H3 variant H3.3 regulates gene body DNA methylation in Arabidopsis thaliana (2017)
  • Author(s): Wollmann H, Stroud H, Yelagandula R, Tarutani Y, Jiang D, Jing L, Jamge B, Takeuchi H, Holec S, Nie X, Kakutani T, Jacobsen SE, Berger F.
  • Journal Title: Genome Biology Volume: 18 Issue: 1 Pages: 94-94
  • DOI: 10.1186/s13059-017-1221-3
• [Journal Article] A stress-Activated Transposon in Arabidopsis Induces transgenerational Abscisic Acid Insensitivity. Scientific Reports. (2016)
  • Author(s): Ito H, Kim JM, Matsunaga W, Saze H, Matsui A, Endo TA, Harukawa Y, Takagi H, Yaegashi H, Masuta Y, Masuda S, Ishida J, Tanaka M, Takahashi S, Morosawa T, Toyoda T, Kakutani T, Kato A, Seki M.
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 6, Article number: 23181 Issue: 1 Pages: 1-12
  • DOI: 10.1038/srep23181
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Genome-wide negative feedback drives transgenerational DNA methylation dynamics in Arabidopsis. (2015)
  • Author(s): T Ito, Y Tarutani, TK To, M Kassam, E Duvernois-Berthet, S Cortijo, K Takashima, H Saze, A Toyoda, A Fujiyama, V Colot, T Kakutani
  • Journal Title: PLOS Genetics Volume: 11 Issue: 4 Pages: e1005154-e1005154
  • DOI: 10.1371/journal.pgen.1005154
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] DNA Methylation within Transcribed Regions. (2015)
  • Author(s): To TK, Saze H, Kakutani T
  • Journal Title: Plant Physiol Volume: 168 Issue: 4 Pages: 1219-1225
  • DOI: 10.1104/pp.15.00543
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Genome-wide negative feedback drives transgenerational DNA methylation dynamics in Arabidopsis (2015)
  • Author(s): T Ito, Y Tarutani, TK To, M Kassam, E Duvernois-Berthet, S Cortijo, K Takashima, H Saze, A Toyoda, A Fujiyama, V Colot, T Kakutani
  • Journal Title: PLOS Genetics Volume: in press
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] The gene body H3K4mel dynamics mediate heterochromatin silencing (2018)
  • Author(s): Tetsuji Kakutani
  • Organizer: CSHA meeting: Chromatin, Epigenetics & Transcription
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Evolution of sequence-specific anti-silencing DNA demethylation systems by transposon-encoded anti-silencing factor (2018)
  • Author(s): 齋藤絡、角谷徹仁
  • Organizer: CSHA meeting: Chromatin, Epigenetics & Transcription
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] トランスポゾンの抗抑制因子が備える標的特異性多様化機構 (2018)
  • Author(s): 斎藤絡
  • Organizer: 第12回日本エピジェネティクス研究会
• [Presentation] Evolution of sequence-specific anti-silencing systems in Arabidopsis (2018)
  • Author(s): Tetsuji Kakutani
  • Organizer: Annual meeting for Society for Molecular Biology and Evolution
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] シロイヌナズナにおけるヒストンバリアントH2A.ZとDNAメチル化の拮抗作用 (2018)
  • Author(s): 西澤優一郎、藤泰子、富永さやか、角谷徹仁
  • Organizer: 日本遺伝学会第90回大会
• [Presentation] シロイヌナズナのトランスポゾンVANDAL21の活性制御におけるRNAと抗抑制因子の拮抗的制御 (2018)
  • Author(s): 佐々木卓、加藤夏恵、樽谷芳明、角谷徹仁
  • Organizer: 日本遺伝学会第90回大会
• [Presentation] 分裂酵母を用いた遺伝子内クロマチン修飾動態制御の解析 (2018)
  • Author(s): 稲垣宗一、高畑信也、村上洋太、角谷徹仁
  • Organizer: 日本遺伝学会第90回大会
• [Presentation] RNAi targets sequence-specific anti-silencing systems of DNA TE in Arabidopsis (2018)
  • Author(s): Tetsuji Kakutani
  • Organizer: CSH meeting: Transposable Elements
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Evolution of sequence-specific anti-silencing systems in Arabidopsis (2018)
  • Author(s): Tetsuji Kakutani
  • Organizer: International symposium of Plant Epi/Genetics
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Transgenerational heterochromatin dynamics in coding and noncoding regions of transposons (2018)
  • Author(s): Taiko K. To, Soichi Inagaki, Yoshiaki Tarutani, Kae Kato, Sayaka Tominaga, Atsushi Toyoda, Asao Fujiyama, Tetsuji Kakutani
  • Organizer: CSH meeting: Transposable Elements
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 遺伝子内部のクロマチン修飾動態がシロイヌナズナのエピゲノム分化を仲介する (2017)
  • Author(s): 稲垣宗一、高橋まゆみ、保坂碧、伊藤佑、豊田敦、藤山秋佐夫、樽谷芳明、角谷徹仁
  • Organizer: 第11回日本エピジェネティクス研究会
• [Presentation] シロイヌナズナの配列特異的抗抑制機構の早い進化 (2017)
  • Author(s): 保坂碧、斎藤絡、高嶋和哉、佐々木卓、樽谷芳明、角谷徹仁
  • Organizer: 第11回日本エピジェネティクス研究会
• [Presentation] トランスポゾンにコードされる抗抑制因子の特異性と多様性 (2017)
  • Author(s): 斎藤絡、佐々木卓、保坂碧、樽谷芳明、角谷徹仁
  • Organizer: 第11回日本エピジェネティクス研究会
• [Presentation] シロイヌナズナの配列特異的抗抑制系とその速い進化 (2017)
  • Author(s): 保坂碧, 斎藤絡、高嶋和哉、佐々木卓、樽谷芳明、角谷徹仁
  • Organizer: 日本遺伝学会第89回大会
• [Presentation] Evolution of sequence-specific anti-silencing system in Arabidopsis (2017)
  • Author(s): 角谷徹仁
  • Organizer: France・Japan Epigenetics workshop 2017
• [Presentation] DNA methylation and trans-generational inheritance in plants (2017)
  • Author(s): 角谷徹仁
  • Organizer: Three Special Seminar
• [Presentation] 配列特異的抗抑制系の進化 (2017)
  • Author(s): 角谷徹仁
  • Organizer: 第40回日本分子生物学会
• [Presentation] シロイヌナズナにおける配列特異的抗抑制の速い進化 (2017)
  • Author(s): 角谷徹仁
  • Organizer: 大阪大学ワークショップ：染色体研究の最前線
• [Presentation] トランスポゾンによる配列特異的な抗抑制の進化 (2016)
  • Author(s): 斎藤絡、高嶋和哉、伊藤佑、樽谷芳明、角谷徹仁
  • Organizer: 第57回植物生理学会
  • Place of Presentation: 岩手大学上田キャンパス
  • Year and Date: 2016-03-18
• [Presentation] Evolution of sequence-specific anti-silencing by transposable elements in Arabidopsis (2016)
  • Author(s): 角谷徹仁
  • Organizer: 染色体OS－国際シンポジウム
  • Place of Presentation: 淡路夢舞台国際会議場
  • Year and Date: 2016-03-02
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] RNA-mediated de novo silencing of an endogenous transposon in Arabidopsis thaliana (2016)
  • Author(s): 佐々木卓
  • Organizer: RNA-mediated de novo silencing of an endogenous transposon in Arabidopsis thaliana
• [Presentation] 抑制と抗抑制によるエピゲノム動態制御機構の解明 (2016)
  • Author(s): 角谷徹仁
  • Organizer: 第10回日本エピジェネティクス研究会年会
• [Presentation] VANDAL属トランスポゾンが持つ配列特異的DNA脱メチル化機能の進化 (2016)
  • Author(s): 斎藤絡
  • Organizer: 第10回日本エピジェネティクス研究会年会
• [Presentation] VANDAL速トランスポゾンがコードする抗抑制因子の特異性と多様性 (2016)
  • Author(s): 斎藤絡、高嶋和哉、樽谷芳明、角谷徹仁
  • Organizer: 日本遺伝学会第88回大会
• [Presentation] シロイヌナズナの配列特異的抑制系とその速い進化 (2016)
  • Author(s): 保坂碧、斎藤絡、高嶋和哉、佐々木卓、樽谷芳明、角谷徹仁
  • Organizer: 日本遺伝学会第88回大会
• [Presentation] シロイヌナズナの転移因子VANDA21の不活性化確立機構 (2016)
  • Author(s): 佐々木卓、樽谷芳明、角谷徹仁
  • Organizer: 日本遺伝学会第88回大会
• [Presentation] DNAメチル化消失の世代をこえた継承とその回復 (2016)
  • Author(s): 藤泰子、樽谷芳明、加藤夏恵、稲垣宗一、伊藤佑、高橋まゆみ、豊田敦、藤山秋佐夫、Colot, V., 角谷徹仁
  • Organizer: 日本遺伝学会第88回大会
• [Presentation] 遺伝子内部のヒストン修飾動態がシロイヌナズナの遺伝子サイレンシングに関わる (2016)
  • Author(s): 稲垣宗一、高橋まゆみ、角谷徹仁
  • Organizer: 日本遺伝学会第88回大会
• [Presentation] Rapd evolution of sequence-specific anti-silencing systems in Arabidopsis (2016)
  • Author(s): 角谷徹仁
  • Organizer: Cold Spring Harbor Laboratory：Transposable Elements
• [Presentation] Rapd evolution of sequence-specific anti-silencing systems in Arabidopsis (2016)
  • Author(s): 保坂碧、角谷徹仁
  • Organizer: Cold Spring Harbor Laboratory：Transposable Elements
• [Presentation] Dynamic regulation of heterochromatin in Arabidopsis (2016)
  • Author(s): 稲垣宗一
  • Organizer: Cold spring harbor asia conference:Latest advances in plant development & environmental response
• [Presentation] Transgenerational establishment of DNA methylation in Arabidopsis (2016)
  • Author(s): 角谷徹仁
  • Organizer: 第39回日本分子生物学会:Dissecting CpG islands
• [Presentation] シロイヌナズナのDNAメチル化とエピジェネティックな遺伝 (2015)
  • Author(s): 角谷徹仁
  • Organizer: 第38回日本分子生物学会
  • Place of Presentation: 神戸ポートアイランド
  • Year and Date: 2015-12-01
• [Presentation] シロイヌナズナの世代を越えたDNAメチル化動態において働くゲノム規模での負のフィードバック (2015)
  • Author(s): 伊藤佑、樽谷 芳明, 藤 泰子, 高嶋 和哉, 佐瀬 英俊, 豊田 敦, 藤山 秋佐夫, 角谷 徹仁
  • Organizer: 日本遺伝学会第87回大会
  • Place of Presentation: 東北大学
  • Year and Date: 2015-09-25
• [Presentation] Genome-wide negative feedback system for transgenerational DNA methylation dynamics in Arabidopsis (2015)
  • Author(s): Tasuku Ito, Yoshiaki Tarutani, Taiko K.To, Kazuya Takashima, Hidetoshi Saze, Atsushi Toyoda, Asao Fujiyama, Tetsuji Kakutani
  • Organizer: 内藤コンファレンス2015
  • Place of Presentation: シャトレーゼ ガトーキングダム 札幌
  • Year and Date: 2015-09-16
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Genome-wide negative feedback system for transgenerational DNA methylation dynamics in Arabidopsis (2015)
  • Author(s): Tasuku Ito, Yoshiaki Tarutani, Taiko K.To, Kazuya Takashima, Hidetoshi Saze, Atsushi Toyoda, Asao Fujiyama, Tetsuji Kakutani
  • Organizer: Gordon Research Conference "Epigenetics"
  • Place of Presentation: Bentley University, Walthom, MA, USA
  • Year and Date: 2015-08-02
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] シロイヌナズナの継世代的DNAメチル化動態においてはゲノム規模での負のフィードバック が働く (2015)
  • Author(s): 伊藤佑、樽谷 芳明, 藤 泰子, 高嶋 和哉, 佐瀬 英俊, 豊田 敦, 藤山 秋佐夫, 角谷 徹仁
  • Organizer: 第9回日本エピジェネティクス研究会
  • Place of Presentation: 一ツ橋大学一ツ橋講堂
  • Year and Date: 2015-05-24
• [Presentation] Epigenetic silencing and anti-silencing of TEs in Arabidopsis (2014)
  • Author(s): Tetsuji Kakutani
  • Organizer: 第38回内藤コンファレンス
  • Place of Presentation: 札幌（シャトレーゼガトーキングダム札幌）
  • Year and Date: 2014-10-08
  • Invited
• [Presentation] 植物ゲノム進化と発生制御のエピジェネティック機構の研究 (2014)
  • Author(s): 角谷徹仁
  • Organizer: 日本遺伝学会第86回大会木原賞受賞講演
  • Place of Presentation: 長浜 （長浜バイオ大学）
  • Year and Date: 2014-09-18
• [Presentation] シロイヌナズナのヒストンH3K9脱メチル化酵素IBM1(inrease in Bonsai Methylation1)と転写機構の相互作用 (2014)
  • Author(s): 保坂碧、稲垣宗一、佐瀬英俊、角谷徹仁
  • Organizer: 日本遺伝学会第86回大会
  • Place of Presentation: 長浜市 （長浜バイオ大学）
  • Year and Date: 2014-09-17
• [Presentation] シロイヌナズナのddm1 (decrease in DNA methylation1) 変異は自殖の過程において双方向のDNAメチル化変化を引き起こす (2014)
  • Author(s): 伊藤佑、樽谷芳明、佐瀬英俊、角谷徹仁
  • Organizer: 日本遺伝学会第86回大会
  • Place of Presentation: 長浜 （長浜バイオ大学）
  • Year and Date: 2014-09-17
• [Presentation] DNAメチル化とトランスポゾン動態 (2014)
  • Author(s): 角谷徹仁
  • Organizer: 日本植物学会第78回大会シンポジウム「細胞遺伝学の伝統と新たな地平」
  • Place of Presentation: 川崎 （明治大学生田キャンパス）
  • Year and Date: 2014-09-13
  • Invited
• [Presentation] クロマチン長期記憶 (2014)
  • Author(s): 角谷徹仁
  • Organizer: 日本植物学会第78回大会シンポジウム「環境刺激に応答した植物の情報伝達と成長制御」
  • Place of Presentation: 川崎市 （明治大学生田キャンパス）
  • Year and Date: 2014-09-12
• [Presentation] Epigenetic silencing and anti-silencing of TEs in Arabidopsis (2014)
  • Author(s): Tetsuji Kakutani
  • Organizer: 日本進化学会第16回大会
  • Place of Presentation: 高槻市 （高槻現代劇場）
  • Year and Date: 2014-08-22
• [Remarks]
  • URL: http://www.nig.ac.jp/labs/AgrGen/home-j.html