ノンコーディングRNA転写に共役する新規クロマチン制御機構の解明

• Project Area: The physicochemical field for genetic activities
• Project/Area Number: 21114509
• 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: Kyoto University
• Principal Investigator: 廣田 耕志 京都大学, 医学研究科, 准教授 (00342840)
• Project Period (FY): 2009 – 2010
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2010)
• Budget Amount: ¥11,700,000 (Direct Cost: ¥9,000,000、Indirect Cost: ¥2,700,000); Fiscal Year 2010: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000); Fiscal Year 2009: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000)
• Keywords: クロマチン構造 / 組換え / DT40 / 転写 / non-coding RNA / ノンコーディングRNA / クロマチン再編成 / ヒストン修飾 / イムノグロブリン

Research Abstract

私は、これまでに行っていた、分裂酵母の研究で長鎖ノンコーディングRNA(mlon)転写と共役した新規のクロマチン再編成機構を見いだし、mlonRNA転写の一般的働きとして、遺伝情報場の根幹をなすクロマチン構造を整える働きを提唱した(mlonRNA仮説)。京都大学へ異動後、ニワトリBリンパ球細胞を用いた研究で、自身の唱えたmlonRNA説を高等動物細胞に一般化することに挑戦している。
本申請課題では、ニワトリ細胞における長鎖ノンコーディングRNA(mlonRNA)のクロマチン構造制御における働きを分子レベルで解析し、遺伝情報の発現・維持のメカニズムを解明することを目的としている。本研究は申請者が独自に発見した新規メカニズムの動物細胞への一般化であり、国際的に競争相手のない独自の領域であり、我が国のエピジェネティックス分野における研究を世界的レベルで競争しうる水準に押し上げるために重要である。
今年度、ニワトリDT40細胞の免疫グロブリン遺伝子の組換え活性化のメカニズムを解析し、(1)組換え部位では、DNAの2重鎖切断ではなく、単鎖切断が組換えの起点となること、(2)クロマチンの構造を開かせる薬剤(TSA)で処理すると、組換えのドナー部位(上流偽遺伝子)でクロマチン構造が開き、その結果組換えが上昇する。(3)TSAでクロマチン構造が開くのに連動して、この領域にノンコーディングRNAの転写が見られることの3点を見いだしている。
これらの結果から、ニワトリ免疫グロブリン遺伝子座の多様化において、ノンコーディングRNA(mlonRNA)転写時のRNAポリメラーゼのドナー領域における通過に伴ったクロマチン再編成によって、組換えが引き起こされ、開いたドナー部位を選択的に組換えのドナーとする組換えが高頻発する機構が浮かび上がってきた。

Research Products

• [Journal Article] Mutant cells defective in DNA repair pathways provide a sensitive high-throughput assay for genotoxicity. (2010)
  • Author(s): T.J.Evans, K.N.Yamamoto, K.Hirota, S.Takeda.
  • Journal Title: DNA Repair (Amst) Volume: 9 Pages: 1292-8
  • NAID: 120002696050
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Simultaneous disruption of two DNA polymerases, Poleta and Polzeta, in Avian DT40 cells unmasks the role of Poleta in cellular response to various DNA lesions. (2010)
  • Author(s): K.Hirota, E.Sonoda, T.Kawamoto, A.Motegi, C.Masutani, F.Hanaoka, D.Szuts, S.Iwai, J.E.Sale, A.Lehmann, S.Takeda.
  • Journal Title: PLoS Genet Volume: 6
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] DNA polymerases nu and theta are required for efficient immunoglobulin Vgene diversification in chicken. (2010)
  • Author(s): M.Kohzaki, K.Nishihara, K.Hirota, E.Sonoda, M.Yoshimura, S.Ekino, J.E.Butler, M.Watanabe, T.D.Halazonetis, S.Takeda.
  • Journal Title: J Cell Biol Volume: 189 Pages: 1117-27
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Human replicative DNA polymerase delta can bypass T-T (6-4) ultraviolet photoproducts on template strands (2010)
  • Author(s): T.Narita, T.Tsurimoto, J.Yamamoto, K.Nishihara, K.Ogawa, E.Ohashi, T.Evans, S.Iwai, S.Takeda, K.Hirota.
  • Journal Title: Genes Cells Volume: 15 Pages: 1228-39
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The roles of stress-activated Sty1 and Gcn2 kinases and of the protooncoprotein homologue Int6/eIF3e in responses to endogenous oxidative stress during histidine starvation (2010)
  • Author(s): N.Nemoto, T.Udagawa, T.Ohira, L.Jiang, K.Hirota, C.R.Wilkinson, J.Bahler, N.Jones, K.Ohta, R.C.Wek, K.Asano.
  • Journal Title: J Mol Biol Volume: 404 Pages: 183-201
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] GEMIN2 promotes accumulation of RAD51 at double-strand breaks in homologous recombination. (2010)
  • Author(s): Y.Takizawa, Y.Qing, M.Takaku, T.Ishida, Y.Morozumi, T.Tsujita, T.Kogame, K.Hirota, M.Takahashi, T.Shibata, H.Kurumizaka, S.Takeda., S.Takeda.
  • Journal Title: Nucleic Acids Res. Volume: 15 Pages: 5059-74
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] KIAA1018/FAN1 nuclease protects cells against genomic instability induced by interstrand cross-linking agents. (2010)
  • Author(s): K.Yoshikiyo, K.Kratz, K.Hirota.K.Nishihara, M.Takata, H.Kurumizaka, S.Horimoto, S.Takeda, J.Jiricny.
  • Journal Title: Proc Natl Acad Sci U S A. Volume: 107 Pages: 21553-7
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The involvement of SLX4 in interstrand cross-link repair is regulated by the Fanconi anemia pathway. (2010)
  • Author(s): K.N.Yamamoto, S.Kobayashi, M.Tsuda, H.Kurumizaka, M.Takata, K.Kono, J.Jiricny, S.Takeda, K.Hirota.
  • Journal Title: Proc Natl Acad Sci U S A Volume: (In press)
  • NAID: 120003072120
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Analysis of chromatin structure at meiotic DSB sites in yeasts. (2009)
  • Author(s): Hirota, K., Fukuda, T., Yamada, T., Ohta, K.
  • Journal Title: Methods in molecular biology Clifton, N.J VOL.557
• [Journal Article] Bloom DNA helicase facilitates homologous recombination between diverged homologous sequences. (2009)
  • Author(s): Kikuchi, K., Abdel-Aziz, H.I., Taniguchi, Y., Yamazoe, M., Takeda, S., Hirota. K.
  • Journal Title: The Journal of biological chemistry VOL.284 Pages: 26360-26367
  • Peer Reviewed
• [Presentation] DNAポリメラーゼδによるAP部位の損傷乗越え (2010)
  • Author(s): 廣田耕志
  • Organizer: 第69回日本癌学会学術総会
  • Place of Presentation: 大阪
  • Year and Date: 2010-09-22
• [Presentation] The Bloom DNA helicase facilitates homologous recombination between diverged sequences (2009)
  • Author(s): Koji Kikuchi, H.Ismail Abdel-Aziz, Mitsuyoshi Yamazoe, Kouji Hirota, Shunichi Takeda
  • Organizer: International Symposium DNA Damage Response and Repair Mechanisms
  • Place of Presentation: ギリシャ(クレタ)
• [Presentation] Non coding RNAs disrupt chromatin array (2009)
  • Author(s): Kouii Hirota
  • Organizer: AGENDA GeneExpression Systems of USA Presents Epigenetics, Sequencing &SNiPs-2009 Meeting
  • Place of Presentation: 米国(ハーバード大学)
• [Presentation] Transcription of mRNA-type long non-coding RNAs (mlonRNAs) disrupts chromatin array (2009)
  • Author(s): Kouji Hirota
  • Organizer: 内藤コンファレンス Nuclear Dynamics and RNA
  • Place of Presentation: 日本(北海道)
• [Book] 細胞工学12月号(基礎の基礎) (2009)
  • Author(s): 廣田耕志、武田俊一
  • Total Pages: 7
  • Publisher: 学研メディカル秀潤社
• [Patent(Industrial Property Rights)] 遺伝的に改変された細胞を製造する方法 (2009)
  • Inventor(s): 武田俊一 廣田耕志
  • Industrial Property Rights Holder: 独立行政法人農業生物資源研究所
  • Industrial Property Number: 2009-138902
  • Filing Date: 2009-06-10