染色体機能形成の階層性とゲノム反復DNA上のクロマチン構造の解明

• Project Area: Chromosome Orchestration System
• Project/Area Number: 16H01414
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: Kazusa DNA Research Institute
• Principal Investigator: 舛本 寛 公益財団法人かずさDNA研究所, 先端研究部, 室長 (70229384)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥7,800,000 (Direct Cost: ¥6,000,000、Indirect Cost: ¥1,800,000); Fiscal Year 2017: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2016: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
• Keywords: 人工染色体 / セントロメア / ヘテロクロマチン / 反復DNA / アルフォイドDNA

Outline of Annual Research Achievements

染色体分配機能に必須なセントロメアでは、反復DNA（アルフォイドDNA）からなる巨大領域にヒストンH3バリアントであるCENP-Aを含んだクロマチンが集合し、これを足場に多様な因子群が集積し、キネトコア構造体が形成される。キネトコアでは微小管との相互作用により染色体の動きを調節する。一方、セントロメア内部ではヘテロクロマチンが集合し姉妹染色分体の接着・分離を調節する。しかし、同一反復DNAからなる巨大領域にどのようにこれらの異なるクロマチンが集合し、機能統合体としてのオーケストレーションを保つのかは不明なままである。そこで本研究では、セントロメアの階層的集合メカニズムを解明し、ヘテロクロマチンとの集合バランスとその変動が引き起こす影響について明らかにすることを目的とし、ヒト人工染色体（HAC）やChIP-seqによる方法を用いて（１）染色体機能形成の階層性とヘテロクロマチンの解析、（２）ゲノム反復DNA上のクロマチン構造の解析、に取り組む計画である。H29年度は以下の成果を得た。（１）染色体機能形成の階層性とヘテロクロマチンの解析：HACや合成反復DNAと各種融合タンパクを用いた構成生物学的手法を駆使して、KAT7とSuv39h1がお互いに拮抗的にセントロメアクロマチンとヘテロクロマチンの集合と抑制バランスに関わり、ゲノム機能の維持にも強い影響を与えることを明らかにした。（２）ゲノム反復DNA上のクロマチン構造の解析：ChIP Seq法により、ゲノム反復DNA上のクロマチン構造の解析を進め、CENP-Aクロマチン、CENP-B、ヘテロクロマチン（H3K9me3）、オープンクロマチン（H3K36me2/3）等の詳細な分布を明らかにした。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] University of Edinburgh(英国)
• [Int'l Joint Research] University of Barcelona(スペイン)
• [Int'l Joint Research] National Cancer Institute, NIH(米国)
• [Int'l Joint Research] NIH/National Cancer Institute(米国)
• [Int'l Joint Research] University of Edinburgh(英国)
• [Journal Article] Generation of a Synthetic Human Chromosome with Two Centromeric Domains for Advanced Epigenetic Engineering Studies (2018)
  • Author(s): Pesenti Elisa、Kouprina Natalay、Liskovykh Mikhail、Aurich-Costa Joan、Larionov Vladimir、Masumoto Hiroshi、Earnshaw William C.、Molina Oscar
  • Journal Title: ACS Synthetic Biology Volume: 7 Issue: 4 Pages: 1116-1130
  • DOI: 10.1021/acssynbio.8b00018
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Using human artificial chromosomes to study centromere assembly and function (2017)
  • Author(s): Molina Oscar、Kouprina Natalay、Masumoto Hiroshi、Larionov Vladimir、Earnshaw William C.
  • Journal Title: Chromosoma Volume: 126 Issue: 5 Pages: 559-575
  • DOI: 10.1007/s00412-017-0633-x
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Method to Assemble Genomic DNA Fragments or Genes on Human Artificial Chromosome with Regulated Kinetochore Using a Multi-Integrase System. (2017)
  • Author(s): Lee NCO, Kim JH, Petrov NS, Lee HS, Masumoto H, Earnshaw WC, Larionov V, Kouprina N.
  • Journal Title: ACS Synth Biol. Volume: 1 Issue: 1 Pages: 1-1
  • DOI: 10.1021/acssynbio.7b00209
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Formation of functional CENP-B boxes at diverse locations in repeat units of centromeric DNA in New World monkeys. (2016)
  • Author(s): Kugou K, Hirai H, Masumoto H, Koga A.
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 6 Issue: 1 Pages: 27833-27833
  • DOI: 10.1038/srep27833
  • NAID: 120005818231
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] KAT7/HBO1/MYST2 Regulates CENP-A Chromatin Assembly by Antagonizing Suv39h1-Mediated Centromere Inactivation. (2016)
  • Author(s): Ohzeki J, Shono N, Otake K, Martins NM, Kugou K, Kimura H, Nagase T, Larionov V, Earnshaw WC, Masumoto H.
  • Journal Title: Developmental Cell Volume: 37(5) Issue: 5 Pages: 413-427
  • DOI: 10.1016/j.devcel.2016.05.006
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Epigenetic engineering reveals a balance between histone modifications and transcription in kinetochore maintenance. (2016)
  • Author(s): Molina O, Vargiu G, Abad MA, Zhiteneva A, Jeyaprakash AA, Masumoto H, Kouprina N, Larionov V, Earnshaw WC.
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 7 Issue: 1
  • DOI: 10.1038/ncomms13334
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] 3D-CLEM Reveals that a Major Portion of Mitotic Chromosomes Is Not Chromatin. (2016)
  • Author(s): Booth DG, Beckett AJ, Molina O, Samejima I, Masumoto H, Kouprina N, Larionov V, Prior IA, Earnshaw WC.
  • Journal Title: Molecular Cell Volume: 64 (4) Issue: 4 Pages: 790-802
  • DOI: 10.1016/j.molcel.2016.10.009
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] ヒストンアセチル化酵素KAT7はヘテロクロマチンの拡大からセントロメアを守る (2016)
  • Author(s): 大関淳一郎、舛本寛
  • Journal Title: ライフサイエンス新着論文レビュー Volume: -
  • Open Access
• [Presentation] セントロメアへのCENP-Aクロマチンとヘテロクロマチンの集合機構 (2017)
  • Author(s): 舛本寛
  • Organizer: 染色体研究の最前線2017
  • Invited
• [Presentation] ヒト人工染色体開発の基盤とクロマチン操作技術 (2017)
  • Author(s): 舛本寛
  • Organizer: 千葉県バイオ・ライフサイエンス・ネットワーク会議
  • Invited
• [Presentation] Establishment and epigenetic maintenance of centromere chromatin on alpha-satellite DNA (2017)
  • Author(s): Hiroshi Masumoto
  • Organizer: The Future of Biomedicine 2017 conference
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] CENP-Bによるヒトセントロメア反復DNA上のエピゲノム修飾制御 (2017)
  • Author(s): 久郷和人、大竹興一郎、大関淳一郎、中戸隆一郎、白髭克彦、舛本寛
  • Organizer: 第35回染色体ワークショップ、第16回核ダイナミクス研究会
• [Presentation] ”Establishment and Epigenetic Maintenance of Centromere Chromatin on alpha-Satellite DNA” (2016)
  • Author(s): 舛本寛
  • Organizer: 岡崎フラグメント50周年シンポジウム
  • Place of Presentation: 名古屋大学
  • Year and Date: 2016-12-21
  • Invited
• [Presentation] CENP-BがAlphoid DNA上に作り出すクロマチン構造の解析 (2016)
  • Author(s): 大竹興一郎、大関淳一郎、岡崎孝映、長瀬隆弘、山川央、Larionov V、Earnshaw WC、舛本寛
  • Organizer: 第39回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜
  • Year and Date: 2016-11-30
• [Presentation] ヒストンアセチル化酵素KAT7/HBO1/MYST2はヘテロクロマチンの侵食からセントロメアを守る (2016)
  • Author(s): 大関淳一郎、庄野暢晃、大竹興一郎、Martins NMC、久郷和人、木村宏、長瀬隆弘、Larionov V、Earnshaw WC、舛本寛
  • Organizer: 第39回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜
  • Year and Date: 2016-11-30
• [Presentation] ヒトセントロメア反復DNA配列のクロマチン構造とCENP-Bによる制御機構の解析 (2016)
  • Author(s): 久郷和人、大関淳一郎、大竹興一郎、中戸隆一郎、白髭克彦、舛本寛
  • Organizer: 第39回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜
  • Year and Date: 2016-11-30
• [Presentation] 合成DNA人工染色体を使ったヒトセントロメアクロマチンの解析 (2016)
  • Author(s): 岡崎孝映、山田和子、大竹興一郎、庄野暢晃、久郷和人、大関淳一郎、Larionov V、Earnshaw WC、舛本寛
  • Organizer: 第39回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜
  • Year and Date: 2016-11-30
• [Presentation] 合成セントロメアDNAとtetO/tetRテザリングシステムを用いたセントロメアクロマチン集合機構の解析 (2016)
  • Author(s): 舛本寛、庄野暢晃、大関淳一郎、大竹興一郎、長瀬隆弘、木村宏、Larionov V、Earnshaw WC.
  • 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
  • Year and Date: 2016-05-19
• [Presentation] アセチル化酵素KAT7によるヒストン交換反応はヘテロクロマチン化に拮抗してCENP-A集合を促進する (2016)
  • Author(s): 大関淳一郎、庄野暢晃、大竹興一郎、久郷和人、木村宏、長瀬隆弘、Larionov V、Earnshaw WC、舛本寛
  • 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
  • Year and Date: 2016-05-19
• [Presentation] CENP-Bのヒトセントロメアにおけるエピジェネティック制御への関わり (2016)
  • Author(s): 久郷和人、大関淳一郎、中戸隆一郎、白髭克彦、舛本寛
  • 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
  • Year and Date: 2016-05-19
• [Presentation] “Establishment and epigenetic maintenance of centromere chromatin on alpha-satellite DNA” (2016)
  • Author(s): Masumoto H.
  • Organizer: The 32th International Radiation Biology Center Symposium “Growing Edge of Radiation Biology, from principles to applications”
  • Place of Presentation: 京都
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Book] バイオサイエンスとインダストリー（B&I）「人工染色体を用いたセントロメア機能獲得のエピゲノム制御解析」 (2017)
  • Author(s): 大関淳一郎，舛本寛
  • Total Pages: 9
  • Publisher: バイオインダストリー協会
• [Book] Medical Science Digest「CENP-Bによるセントロメアのエピジェネティクス制御への関わり」 (2017)
  • Author(s): 久郷和人、大竹興一郎、舛本寛
  • Total Pages: 4
  • Publisher: ニューサイエンス社
• [Remarks] 染色体のセントロメア構造の維持に重要なタンパク質を同定
  • URL: http://www.kazusa.or.jp/j/information/re_info/2016/0607.html
• [Remarks] セントロメアをどのようにゲノムDNAと関連させるのか、新たな進化的発見が得られました。
  • URL: http://www.kazusa.or.jp/j/information/re_info/2016/0623.html
• [Remarks] セントロメア構造の維持には、ヒストン修飾と転写のバランスが重要でることが明らかになりました。
  • URL: http://www.kazusa.or.jp/j/information/re_info/2017/0209_02.html
• [Remarks] 分裂期染色体の構成要素は、DNAとヒストンからなるクロマチンだけではないことを明らかにしました。
  • URL: http://www.kazusa.or.jp/j/information/re_info/2017/0209_01.html