The role of post-fertilization imprinting methylation mechanism as an epigenomic information repair system

• Project/Area Number: 26292189
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Partial Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Applied molecular and cellular biology
• Research Institution: University of Tsukuba
• Principal Investigator: Tanimoto Keiji 筑波大学, 生命環境系, 教授 (90261776)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥17,290,000 (Direct Cost: ¥13,300,000、Indirect Cost: ¥3,990,000); Fiscal Year 2018: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000); Fiscal Year 2017: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000); Fiscal Year 2016: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2015: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000); Fiscal Year 2014: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000)
• Keywords: ゲノム / 発現制御 / エピジェネティクス / ゲノム刷り込み / DNAメチル化 / 遺伝子改変マウス

Outline of Final Research Achievements

Genomic imprinting, a transcriptional regulatory mechanism that exists only in mammals, is a phenomenon in which certain genes are mono-allelically expressed only when they are paternally or maternally inherited. We have successfully identified genomic DNA region to which an epigenetic mark is added to distinguish parental origin of certain genes in offspring’s cells, by generating and analyzing gene-modified (transgenic, knock-out, and gene-edited) mouse lines.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

DNA塩基配列以外の情報が親世代から子世代へと受け継がれ、それが子世代の遺伝子発現を変化させる例が知られる。ゲノム刷り込みでは、精子や卵の形成過程でゲノムDNAに付加されるメチル化が、由来する親の性を見分ける唯一の目印であると考えられていた。しかし申請者は、DNAメチル化以外の印も、生殖細胞でゲノムに付加されることを見いだし、本研究において、この未知のエピジェネティック情報が書き込まれる場所を特定し、ゲノム刷り込み分子制御メカニズムの一端を解明した。本成果は、クローンによる動物（優良家畜や希少種）生産の問題解決等につながると考えている。

Research Products

• [Int'l Joint Research] University of Michigan(米国)
• [Journal Article] Recapitulation of gametic DNA methylation and its post-fertilization maintenance with reassembled DNA elements at the mouse Igf2/H19 locus (2020)
  • Author(s): Matsuzaki, H., Kuramochi, D., Okamura, E., Hirakawa, K., Ushiki, A., and Tanimoto, K.
  • Journal Title: Epigenetics & Chromatin Volume: 13 Issue: 1 Pages: 2-2
  • DOI: 10.1186/s13072-019-0326-1
  • NAID: 120007132843
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Transvection-like interchromosomal interaction is not observed at the transcriptional level when tested in the Rosa26 locus in mouse (2019)
  • Author(s): Tanimoto, K., Matsuzaki, H., Okamura, E., Ushiki, A., Fukamizu, A., Engel JD.
  • Journal Title: PLoS ONE Volume: 14 (2) Issue: 2 Pages: e0203099-e0203099
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0203099
  • NAID: 120007128122
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Synthetic DNA fragments bearing ICR cis elements become differentially methylated and recapitulate genomic imprinting in transgenic mice (2018)
  • Author(s): Matsuzaki, H,. Okamura, E., Kuramochi, D., Ushiki, A., Hirakawa, K., Fukamizu, A., and Tanimoto, K.
  • Journal Title: Epigenetics & Chromatin Volume: 11 Issue: 1 Pages: 36-36
  • DOI: 10.1186/s13072-018-0207-z
  • NAID: 120006939623
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Homeostatic Response of Mouse renin Gene Transcription in a Hypertensive Environment Is Mediated by a Novel 5' Enhancer. (2018)
  • Author(s): Ushiki Aki、Matsuzaki Hitomi、Fukamizu Akiyoshi、Tanimoto Keiji
  • Journal Title: Mol Cell Biol. Volume: 38 Issue: 7
  • DOI: 10.1128/mcb.00566-17
  • NAID: 120007134354
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Long-Range Control of Renin Gene Expression in Tsukuba Hypertensive Mice (2016)
  • Author(s): Aki Ushiki, Hitomi Matsuzaki, Junji Ishida, Akiyoshi Fukamizu and Keiji Tanimoto
  • Journal Title: PLoS ONE Volume: - Issue: 11 Pages: e0166974-e0166974
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0166974
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] De novo DNA methylation through the 5'-segment of the H19 ICR maintains its imprint during early embryogenesis (2015)
  • Author(s): Matsuzaki, H., Okamura, E., Takahashi, T., Ushiki, A., Nakamura, T., Nakano, T., Hata, K., Fukamizu, A., and Tanimoto, K.
  • Journal Title: Development Volume: 142 Pages: 3833-3844
  • DOI: 10.1242/dev.126003
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Test for DNA methylation activity of the human H19-ICR in YAC transgenic mice by adopting a transgene co-placement strategy (2019)
  • Author(s): Hirakawa, K., Hitomi, M., Tanimoto, K.
  • Organizer: The 15th Transgenic Technology Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Reconstituted H19 ICR sequence with identified cis elements is capable of maintaining genomic imprinting in knock-in mouse (2019)
  • Author(s): Hitomi Matsuzaki, Daichi Kuramochi, Katsuhiko Hirakawa, and Keiji Tanimoto
  • Organizer: 33rd International Mammalian Genome Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] A genetic test for transvection-like interchromosomal functional interaction at the mouse Rosa26 locus (2019)
  • Author(s): Keiji Tanimoto, Hitomi Matsuzaki and James Douglas Engel
  • Organizer: 第42回日本分子生物学会年会
  • Invited
• [Presentation] マウスのゲノム刷り込み制御におけるH19-ICR配列反転の効果 (2019)
  • Author(s): 宮嶋 優、谷本 啓司、松崎 仁美
  • Organizer: 第42回日本分子生物学会年会
• [Presentation] YACトランスジェニック・マウスを用いたヒトH19-ICR刷り込みメチル化メカニズムの検証 (2019)
  • Author(s): 平川 勝彦、松崎 仁美、谷本 啓司
  • Organizer: 第42回日本分子生物学会年会
• [Presentation] H19-ICR 反転マウスを用いたゲノム刷り込み制御機構の解析 (2018)
  • Author(s): 松﨑仁美、宮嶋優、谷本啓司
  • Organizer: 第41回日本分子生物学会年会
• [Presentation] In vivo analysis of H19 gene transcriptional mechanism by inversion of the H19 imprinting control region (2018)
  • Author(s): Hitomi Matsuzaki, Yu Miyajima, Keiji Tanimoto
  • Organizer: 32nd International Mammalian Genome Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ヒトβグロビン遺伝子座における H19-ICR 断片挿入の効果とクロマチン立体構造解析 (2018)
  • Author(s): 平川勝彦、松﨑仁美、谷本啓司
  • Organizer: 第12回 日本エピジェネティクス研究会年会「エピジェネティクスの地平線」
• [Presentation] H19-ICR 反転による H19 遺伝子転写制御機構の in vivo 解析 (2018)
  • Author(s): 宮嶋優、谷本啓司、松﨑仁美
  • Organizer: 第12回 日本エピジェネティクス研究会年会「エピジェネティクスの地平線」
• [Presentation] Imprinted gene expression can be reconstituted by synthetic DNA fragment composed of specified cis regulatory elements from the H19 ICR (2018)
  • Author(s): Matsuzaki, H., Kuramochi, D., Hirakawa, K., Tanimoto, K.
  • Organizer: Keystone Symposia (Gene Control in Development and Disease)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Homeostatic response of renin gene transcription to hypertension is mediated by its novel 5′ enhancer (2018)
  • Author(s): Tanimoto, K., Ushiki, A., Matsuzaki, H., Fukamizu, A.
  • Organizer: Keystone Symposia (Gene Control in Development and Disease)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Conserved regulatory mechanisms of human and mouse renin genes expression in the hypertensive-environment (2017)
  • Author(s): Ushiki A., Matsuzaki H., Fukamizu A., and Tanimoto K.
  • Organizer: CDB Symposium 2017 - Towards Understanding Human Development, Heredity, and Evolution-
  • Place of Presentation: RIKEN Center for Developmental Biology, Chuo-ku, Kobe, Japan
  • Year and Date: 2017-03-27
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 人工刷り込み制御配列によるゲノム刷り込みの再構築 (2017)
  • Author(s): 倉持 大地、松﨑 仁美 、牛木 亜季、谷本 啓司
  • Organizer: 第64回日本実験動物学会総会
• [Presentation] レニン遺伝子の高血圧環境応答性 cis-DNA 配列の解析 (2017)
  • Author(s): 牛木 亜季、松﨑 仁美 、深水 昭吉、谷本 啓司
  • Organizer: 第64回日本実験動物学会総会
• [Presentation] Enhancer-mediated regulatory mechanism of mouse renin gene transcription in hypertensive-environment (2017)
  • Author(s): Tanimoto K., Ushiki A., Matsuzaki H., Fukamizu A.
  • Organizer: Mammalian Genetics and Genomics
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] レニン遺伝子の高血圧応答性を制御するエンハンサーの同定 (2017)
  • Author(s): 牛木 亜季、松﨑 仁美 、深水 昭吉、谷本 啓司
  • Organizer: 遺伝研研究会「マウスとラットで拓く新しい比較実験動物学」
• [Presentation] マウス H19 ICR におけるアリル特異的 DNA メチル化制御配列の同定 (2016)
  • Author(s): 松﨑 仁美、倉持 大地、牛木 亜季、谷本 啓司
  • Organizer: 第39回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県・横浜市）
  • Year and Date: 2016-11-30
• [Presentation] 高血圧応答性エンハンサーによるレニン遺伝子の転写制御 (2016)
  • Author(s): 牛木 亜季、松﨑 仁美、深水 昭吉、谷本 啓司
  • Organizer: 第39回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県・横浜市）
  • Year and Date: 2016-11-30
• [Presentation] アリル特異的 DNA メチル化（刷り込みメチル化）配列の in vivo 再構築 (2016)
  • Author(s): 谷本 啓司、松﨑 仁美、牛木 亜季、倉持 大地
  • Organizer: 第89回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 仙台国際センター／東北大学川内北キャンパス（宮城県・仙台市）
  • Year and Date: 2016-09-25
• [Presentation] Imprinted DNA methylation status can be reconstituted by combining activity of distinct H19 ICR elements in mice (2016)
  • Author(s): Matsuzaki, H., and Tanimoto, K.
  • Organizer: Mouse Genetics 2016 at The Allied Genetics Conference 2016
  • Place of Presentation: Orlando, Florida (USA)
  • Year and Date: 2016-07-13
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] マウス H19 ICR 上流配列を介したアリル特異的 DNA メチル化の検証（In vivo test for allele-specific DNA methylation acquisition through 5’-segment of mouse H19 ICR） (2016)
  • Author(s): 松﨑 仁美、倉持 大地、谷本 啓司
  • Organizer: 第10回日本エピジェネティクス研究会年会
  • Place of Presentation: 千里ライフサイエンスセンター（大阪府・豊中市）
  • Year and Date: 2016-05-19
  • Invited
• [Presentation] 遠位エンハンサーによるレニン遺伝子の高血圧応答性転写制御 (2016)
  • Author(s): 牛木亜季、深水 昭吉、谷本啓司
  • Organizer: 冬の若手ワークショップ2016（転写サイクル＆転写代謝システム＆転写研究会 共催）
  • Place of Presentation: 山梨県山中湖村
  • Year and Date: 2016-02-04
• [Presentation] マウスにおける再構築刷り込みメチル化配列の活性の検証 (2015)
  • Author(s): 松﨑仁美、倉持大地、谷本啓司
  • Organizer: BMB2015（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] De novo DNA methylation mediated by 5’ portion of the H19 ICR is essential for maintaining its methylation imprintduring early embryogenesis in mice (2015)
  • Author(s): Tanimoto, K., Matsuzaki, H., Okamura, E., Ushiki, A., and Takahashi, T.
  • Organizer: Mouse Molecular Genetics
  • Place of Presentation: Wellcome Genome Campus, Hinxton, Cambridge, UK
  • Year and Date: 2015-09-16
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 刷り込みメチル化制御配列の再構築 (2015)
  • Author(s): 松﨑仁美
  • Organizer: 生殖エピゲノム若手勉強会2015（生殖細胞のエピゲノムダイナミクスとその制御）
  • Place of Presentation: ラフォーレ修善寺, 静岡県伊豆市
  • Year and Date: 2015-07-22
• [Presentation] 刷り込みメチル化配列の再構築 (2015)
  • Author(s): 松﨑仁美、谷本啓司
  • Organizer: 第9回日本エピジェネティクス研究会年会
  • Place of Presentation: 学術総合センター 一橋講堂, 東京都千代田区
  • Year and Date: 2015-05-25
• [Presentation] A role for postfertilization, allele-specific DNA methylation activity in maintaining the imprinted H19 ICR methylation (2015)
  • Author(s): H. Matsuzaki, E. Okamura, A. Ushiki, T. Takahashi and K. Tanimoto
  • Organizer: Keystone Symposia (DNA methylation)
  • Place of Presentation: Keystone, CO, USA
  • Year and Date: 2015-03-29 – 2015-04-03
• [Presentation] β-グロビン・ノックインマウスを用いた染色体間相互作用（transvection）の遺伝学的検証 (2014)
  • Author(s): 谷本啓司、後藤義人、J.D.Engel
  • Organizer: 第37回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2014-11-25 – 2014-11-27
• [Presentation] Igf2/H19刷り込み遺伝子座における受精後アリル特異的DNAメチル化活性の解析 (2014)
  • Author(s): 松崎仁美、岡村永一、牛木亜季、高橋拓也、谷本啓司
  • Organizer: 第37回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2014-11-25 – 2014-11-27
• [Presentation] アリル特異的な受精後DNAメチル化活性は、初期胚におけるH19 ICRの刷り込みメチル化の維持に重要である (2014)
  • Author(s): 谷本啓司、松﨑仁美
  • Organizer: 新学術領域 第2回公開シンポジウム「生殖細胞のエピゲノムダイナミクスとその制御」
  • Place of Presentation: 九州大学（福岡県福岡市）
  • Year and Date: 2014-10-31 – 2014-11-01
• [Presentation] A genetic test for interchromosomal DNA interaction (transvection) in a β-globin knock-in mouse (2014)
  • Author(s): K. Tanimoto and J.D. Engel
  • Organizer: 19th Hemoglobin Switching Conference
  • Place of Presentation: St. John’s College, Oxford, UK
  • Year and Date: 2014-09-04 – 2014-09-08
• [Presentation] マウスH19 ICRにおける受精後アリル特異的DNAメチル化活性の解析 (2014)
  • Author(s): 松﨑仁美、岡村永一、牛木亜季、高橋拓也、谷本啓司
  • Organizer: 第8回日本エピジェネティクス研究会年会
  • Place of Presentation: 東京大学伊藤国際学術研究センター（東京都文京区）
  • Year and Date: 2014-05-25 – 2014-05-27
• [Remarks] 筑波大学 生命環境科学研究科 谷本研究室
  • URL: http://kt-b1-mac1.tara.tsukuba.ac.jp/~tanimotokeiji/Keijis/Welcome.html
• [Remarks] 筑波大学 生命環境科学研究科 谷本研究室
  • URL: http://kt-b1-mac1.tara.tsukuba.ac.jp/~tanimotokeiji/Keijis/xue_hui_fa_biao.html
• [Remarks] 筑波大学 生命環境科学研究科 谷本研究室
  • URL: http://kt-b1-mac1.tara.tsukuba.ac.jp/~tanimotokeiji/Keijis/Welcome.html
• [Remarks] 谷本研究室ホームページ
  • URL: http://kt-b1-mac1.tara.tsukuba.ac.jp/~tanimotokeiji/Keijis/Welcome.html
• [Remarks] 筑波大学 生命環境科学研究科 谷本研究室
  • URL: http://kt-b1-mac1.tara.tsukuba.ac.jp/~tanimotokeiji/Keijis/Publications.html
• [Remarks] ゲノム刷り込みを読み解く ～ゲノム刷り込みが維持される仕組みに迫る～
  • URL: http://www.tsukuba.ac.jp/attention-research/p201511171200.html
• [Remarks] ゲノム刷り込みを読み解く ～ゲノム刷り込みが維持される仕組みに迫る～
  • URL: http://www.tsukuba.ac.jp/wp-content/uploads/151116tanimoto1.pdf
• [Remarks] 筑波大学生命環境科学研究科 谷本研究室
  • URL: http://www1.accsnet.ne.jp/~tanimoto/Keijis/Welcome.html