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Elucidation of the linkage between non-genomic information replication and transcriptional dynamics between sister chromatids

Publicly Offered Research

Project AreaMechanisms underlying replication of non-genomic codes that mediate plasticity and robustness for cellular inheritance
Project/Area Number 22H04694
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Biological Sciences
Research InstitutionKyushu University

Principal Investigator

落合 博  九州大学, 生体防御医学研究所, 教授 (60640753)

Project Period (FY) 2022-04-01 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥8,580,000 (Direct Cost: ¥6,600,000、Indirect Cost: ¥1,980,000)
Fiscal Year 2023: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2022: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Keywords転写 / エピゲノム / 姉妹染色分体 / 細胞分裂 / ゲノムDNA / DNA複製 / ライブイメージング / 多能性幹細胞
Outline of Research at the Start

DNA-FISH等から、姉妹染色分体上の特定遺伝子ペアはS/G2期において、明確に離れて存在することが観察されるが、空間的に分離している間期の姉妹染色分体間で非ゲノム情報がゲノムDNAと共に正確に複製・維持されるのか、ゲノムDNA複製後に情報が変化し得るのかについては、不明な点が多い。本研究では、ゲノムDNA複製後の姉妹染色分体間での転写動態を単一遺伝子イメージングにより定量的に解析し、非ゲノム情報複製と姉妹染色分体間の転写動態の連関性の解明を目指す。

Outline of Annual Research Achievements

細胞は細胞分裂前にゲノムDNAを複製し、姉妹染色分体を生じる。DNA-FISH等から、姉妹染色分体上の特定遺伝子ペアはS/G2期において、明確に離れて存在することが観察される。一方、修飾ヒストンがほぼ対称的に両方の姉妹染色分体に受け渡されることから、姉妹染色分体間では非ゲノム情報が同等に分配・維持され、娘細胞において同様の遺伝子発現プログラムが実行されると考えられる。しかし、間期姉妹染色分体における1アレルレベルの非ゲノム情報複製・維持機構は技術的な課題により、不明なままである。まず、姉妹染色分体はDNA配列が同一なため、次世代シーケンサーなどを利用した解析では区別できない。また、DNAや転写活性はDNA/RNA-FISHで観察可能だが、細胞の固定が必要なため、同一細胞における細胞分裂前後の関係性の確認など、動的な変化を調べることはできない。
本研究では、ゲノムDNA複製後の姉妹染色分体間での転写動態を単一遺伝子イメージングにより定量的に解析し、姉妹染色分体間での遺伝子発現動態の同期率を定量的に調べ、その同期率と非ゲノム情報関連因子の細胞核内局在を調べた。また、姉妹染色分体間での転写同期率や非ゲノム情報関連因子の細胞核内局在が細胞分裂前後でどの程度相関があるのかを調べた。また、分化誘導条件下において、姉妹染色分体間での転写同期率がどの程度影響を受けるのか、定量的に調べた。この結果、非ゲノム情報複製と姉妹染色分体間の転写動態の連関性に関する知見を得た。

Research Progress Status

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2023 Annual Research Report
  • 2022 Annual Research Report
  • Research Products

    (25 results)

All 2024 2023 2022 Other

All Journal Article (3 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Open Access: 3 results,  Peer Reviewed: 2 results) Presentation (20 results) (of which Int'l Joint Research: 10 results,  Invited: 20 results) Remarks (2 results)

  • [Journal Article] Transcription-coupled changes in higher-order genomic structure and transcription hub viscosity prolong enhancer-promoter connectivity2023

    • Author(s)
      Ohishi Hiroaki、Shinkai Soya、Owada Hitoshi、Fujii Takeru、Hosoda Kazufumi、Onami Shuichi、Yamamoto Takashi、Ohkawa Yasuyuki、Ochiai Hiroshi
    • Journal Title

      bioRxiv

      Volume: - Pages: 568629-568629

    • DOI

      10.1101/2023.11.27.568629

    • Related Report
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    • Open Access
  • [Journal Article] Precise immunofluorescence canceling for highly multiplexed imaging capturing specific cell state2023

    • Author(s)
      Tomimatsu Kosuke、Fujii Takeru、Bise Ryoma、Hosoda Kazufumi、Taniguchi Yosuke、Ochiai Hiroshi、Ohishi Hiroaki、Ando Kanta、Minami Ryoma、Tanaka Kaori、Tachibana Taro、Mori Seiichi、Harada Akihito、Maehara Kazumitsu、Nagasaki Masao、Uchida Seiichi、Kimura Hiroshi、Narita Masashi、Ohkawa Yasuyuki
    • Journal Title

      bioRxiv

      Volume: -

    • DOI

      10.1101/2023.10.17.561810

    • Related Report
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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] STREAMING-tag system reveals spatiotemporal relationships between transcriptional regulatory factors and transcriptional activity2022

    • Author(s)
      Ohishi Hiroaki、Shimada Seiru、Uchino Satoshi、Li Jieru、Sato Yuko、Shintani Manabu、Owada Hitoshi、Ohkawa Yasuyuki、Pertsinidis Alexandros、Yamamoto Takashi、Kimura Hiroshi、Ochiai Hiroshi
    • Journal Title

      Nature Communications

      Volume: 13 Issue: 1 Pages: 7672-7672

    • DOI

      10.1038/s41467-022-35286-2

    • Related Report
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    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] 空間オミクス技術で切り開く生命現象の高深度理解2024

    • Author(s)
      落合 博
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      2024医療・健康ユニットシンポジウム
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  • [Presentation] 遺伝子発現における転写バースト ~細胞レベルでの影響と制御機構~2024

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      落合 博
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      第1回WS「未踏探索における個性と集団の役割」
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      Hiroshi Ochiai
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  • [Presentation] Multimodal chromatin tracing法による転写動態に伴う高次ゲノム構造変化の解明2023

    • Author(s)
      落合 博
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      第46回 日本分子生物学会年会
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  • [Presentation] 転写バーストサイクル過程で変化する高次ゲノム構造2023

    • Author(s)
      落合 博
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      第61回日本生物物理学会年会
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  • [Presentation] Unveiling the dynamics of transcriptional regulation through spatial multimodal molecular imaging2023

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      Hiroshi Ochiai
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      第18回生命医科学研究所ネットワーク国際シンポジウム
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  • [Presentation] 高次ゲノム構造とタンパク質凝集体形成による転写動態制御2023

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      落合 博
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      UBC Genomics and Genome Engineering Workshop
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    • Author(s)
      落合 博
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      第16回日本エピジェネティクス研究会年会
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      落合 博
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      第3回 Hi-C 研究会
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  • [Presentation] マウス多能性幹細胞における転写動態制御機構の解明2023

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      落合 博
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      第4回ゲノム生物物理学セミナー
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      Cretan RNA Salon Seminar Series
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  • [Presentation] 遺伝子発現動態の定量的理解2022

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      落合 博
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      定量生物学の会 第十回年会
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  • [Presentation] Transcriptional dynamics regulated by non-genomic codes2022

    • Author(s)
      Hiroshi Ochiai
    • Organizer
      The 1st International Symposium on REPLICATION of NON GENOME
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  • [Presentation] 単一遺伝子イメージングから解き明かす転写活性依存的な転写制御因子凝集体の形成2022

    • Author(s)
      Hiroshi Ochiai
    • Organizer
      第45回日本分子生物学会年会
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    • Invited
  • [Presentation] Revealing regulatory mechanisms of transcriptional dynamics by single-gene imaging system2022

    • Author(s)
      Hiroshi Ochiai
    • Organizer
      Single Molecule & Chromatin meeting 2022
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  • [Presentation] 高次ゲノム構造と転写の動態2022

    • Author(s)
      落合 博
    • Organizer
      令和4年遺伝研究会 クロマチン・細胞核構造の動的変換とゲノム機能制御
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  • [Presentation] 高次ゲノム構造と転写ダイナミクス2022

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      落合 博
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      一般財団法人 染色体学会 第73 回(2022 年度)年会
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    • Invited
  • [Remarks] 九州大学・生医研・高深度オミクス・遺伝子発現動態学

    • URL

      https://www.bioreg.kyushu-u.ac.jp/labo/ged/

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  • [Remarks] Researchmap

    • URL

      https://researchmap.jp/HiroshiOchiai

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URL: 

Published: 2022-04-19   Modified: 2024-12-25  

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