非ゲノム複製の破綻がもたらすDNA損傷メカニズムの解明

• Project Area: Mechanisms underlying replication of non-genomic codes that mediate plasticity and robustness for cellular inheritance
• Project/Area Number: 20H05386
• 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: Mie University
• Principal Investigator: 竹林 慎一郎 三重大学, 生物資源学研究科, 准教授 (50392022)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2022-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥8,320,000 (Direct Cost: ¥6,400,000、Indirect Cost: ¥1,920,000); Fiscal Year 2021: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2020: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
• Keywords: DNMT1 / ヘミメチル化DNA / DNA損傷

Outline of Research at the Start

最近我々は，非ゲノム複製の破綻によって生じるヘミメチル化DNAがDNA損傷を引き起こしていること示唆するデータを得ており，ヘミメチル化DNAを認識するタンパク質がゲノムの不安定性に関与しているというモデルを提唱している。本研究では，このモデルの詳細な検証実験を通して，非ゲノム複製の意義とその破綻が細胞や個体レベルの恒常性維持に及ぼす影響を再評価することを目的とする。

Outline of Annual Research Achievements

最近我々は，非ゲノム複製の破綻によって生じるヘミメチル化DNAがDNA損傷を引き起こしていること示唆するデータを得ており，ヘミメチル化DNAを認識するタンパク質がゲノムの不安定性に関与しているというモデルを提唱している。本研究では，このモデルの詳細な検証実験を通して，非ゲノム複製の意義とその破綻が細胞や個体レベルの恒常性維持に及ぼす影響を再評価することを目的とする。本年度は，DNAメチル化酵素の変異体におけるDNA複製パターンの解析を中心に進めた。具体的には，E/L Repli-seq法を用いたゲノム網羅的な複製タイミング解析を通し，ヘミメチル化を含む低メチル化状態がDNA複製に及ぼす影響を調べた。その結果，１）DNA複製パターンはDNA損傷により特徴的な変化を示すこと，２）DNAメチル化変異体ではゲノムの広い範囲にわたりこのDNA複製パターンが変化することを見出した。このように同定された染色体領域が，実際にヘミメチル化DNA誘導性のゲノム不安定化とどれほど一致しているのか確認を進めており，最終的には非ゲノム複製の破綻により特に損傷を受けやすいゲノム領域の存在ついて明らかにできるのではないかと考えている。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] New College of Florida(米国)
• [Journal Article] Camptothecin-Induced Replication Stress Affects DNA Replication Profiling by E/L Repli-Seq (2021)
  • Author(s): Hayakawa Takuya、Suzuki Rino、Kagotani Kazuhiro、Okumura Katsuzumi、Takebayashi Shin-ichiro
  • Journal Title: Cytogenetic and Genome Research Volume: 161 Issue: 8-9 Pages: 437-444
  • DOI: 10.1159/000518263
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The Temporal Order of DNA Replication Shaped by Mammalian DNA Methyltransferases (2021)
  • Author(s): Takebayashi Shin-ichiro、Ryba Tyrone、Wimbish Kelsey、Hayakawa Takuya、Sakaue Morito、Kuriya Kenji、Takahashi Saori、Ogata Shin、Hiratani Ichiro、Okumura Katsuzumi、Okano Masaki、Ogata Masato
  • Journal Title: Cells Volume: 10 Issue: 2 Pages: 266-266
  • DOI: 10.3390/cells10020266
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The NSD2/WHSC1/MMSET methyltransferase prevents cellular senescence-associated epigenomic remodeling (2020)
  • Author(s): Hiroshi Tanaka, Tomoka Igata, Kan Etoh, Tomoaki Koga, Shin-ichiro Takebayashi, and Mitsuyoshi Nakao.
  • Journal Title: Aging Cell Volume: － Issue: 7 Pages: 1-12
  • DOI: 10.1111/acel.13173
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Mapping replication timing domains genome wide in single mammalian cells with single-cell DNA replication sequencing (2020)
  • Author(s): Miura Hisashi、Takahashi Saori、Shibata Takahiro、Nagao Koji、Obuse Chikashi、Okumura Katsuzumi、Ogata Masato、Hiratani Ichiro、Takebayashi Shin-ichiro
  • Journal Title: Nature Protocols Volume: 15 Issue: 12 Pages: 4058-4100
  • DOI: 10.1038/s41596-020-0378-5
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] CRISPR/Cas9を用いた複製ドメイン形成に関わるシスエレメントの探索 (2021)
  • Author(s): 鈴木梨乃、高橋沙央里、奥村克純、平谷伊智朗、竹林慎一郎
  • Organizer: 第44回日本分子生物学会年会
• [Presentation] CRISPR/Cas9を用いた複製ドメイン形成に関わるシスエレメントの探索 (2021)
  • Author(s): 鈴木梨乃、坂本萌、早川琢也、高橋沙央里、奥村克純、平谷伊智朗、竹林慎一郎
  • Organizer: 第39回染色体ワークショップ・第19回核ダイナミクス研究会
• [Presentation] 脂肪細胞分化誘導後に起こるDNA複製タイミング制御 (2021)
  • Author(s): 早川琢也、籠谷和弘、奥村克純、竹林慎一郎
  • Organizer: 第44回日本分子生物学会年会
• [Presentation] 哺乳類の染色体複製を単一細胞レベルでゲノム網羅的に解析する (2021)
  • Author(s): 竹林慎一郎
  • Organizer: 日本遺伝学会第93回大会
  • Invited
• [Presentation] CRISPR/Cas9 を用いた複製ドメイン形成に関わるシスエレメントの探索 (2021)
  • Author(s): 鈴木梨乃、奥村克純、竹林慎一郎
  • Organizer: 第14回日本エピジェネティクス研究会年会
• [Presentation] CRISPR/Cas9 を用いた複製ドメイン形成に関わるシスエレメントの探索 (2020)
  • Author(s): 鈴木梨乃、奥村克純、竹林慎一郎
  • Organizer: 第 84 回日本生化学会中部支部例会
• [Presentation] 脂肪細胞分化時に起こるDNA複製制御に関する研究 (2020)
  • Author(s): 早川琢也，大河内七海，籠谷和弘，竹林慎一郎，奥村克純
  • Organizer: 第84回日本生化学会中部支部例会
• [Presentation] CRISPR/Cas9 を用いた複製ドメイン形成に関わるシスエレメントの探索 (2020)
  • Author(s): 鈴木梨乃、奥村克純、竹林慎一郎
  • Organizer: 第187回 日本農芸化学会中部支部例会
• [Presentation] CRISPR/Cas9 を用いた複製ドメイン形成に関わるシスエレメントの探索 (2020)
  • Author(s): 鈴木梨乃、高橋沙央里、奥村克純、平谷伊知朗、竹林慎一郎
  • Organizer: 第43回日本分子生物学会年会
• [Book] 遺伝学の百科事典 (2022)
  • Author(s): 竹林慎一郎
  • Total Pages: 690
  • Publisher: 丸善出版
  • ISBN: 9784621306604
• [Remarks]
  • URL: https://www.bio.mie-u.ac.jp/cate/happenings/cytogenetic-and-genome-research.html