ＲＮＡポリメラーゼＩＩによる転写の場のダイナミクス

• Project Area: The physicochemical field for genetic activities
• Project/Area Number: 23114711
• 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: Osaka University
• Principal Investigator: 木村 宏 大阪大学, 生命機能研究科, 准教授 (30241392)
• Project Period (FY): 2011-04-01 – 2013-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2012)
• Budget Amount: ¥11,180,000 (Direct Cost: ¥8,600,000、Indirect Cost: ¥2,580,000); Fiscal Year 2012: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000); Fiscal Year 2011: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000)
• Keywords: 遺伝子発現 / クロマチン / ヒストンアセチル化 / 転写 / キネティックモデル / ChIP-seq / 生細胞計測 / ヒストン修飾 / エピジェネティクス

Outline of Annual Research Achievements

転写は、遺伝情報発現の出発点であるが、細胞核において転写の場がどのように構築され、制御されるのかについての基本的問題は解明されていない。本研究では、転写の場の形成機構を明らかにするために、転写誘導可能な遺伝子アレイを保持する細胞を用いて、RNAポリメラーゼIIの活性化動態の生細胞計測を行った。本年度は、遺伝子アレイへのRNAポリメラーゼIIの集積、転写開始、転写伸長の計測データをキネティックモデルへフィッティングし、最もよく適合するパラメータの数値を導き出した。その結果、ホルモン刺激による誘導後に転写因子（グルココルチコイド受容体）が遺伝子アレイに結合後、2～3分でRNAポリメラーゼIIがリクルートされ、そのうち10%程度が1分程度で転写を開始し、さらにそのうちの80%が2分程度で伸長反応に至ることが示唆された。この転写から伸長への高い遷移効率は、これまで他のモデル系で示唆されていた結果とは異なっていた。そこで、転写を誘導する前からアレイ上に存在するヒストンH3のアセチル化に着目し、誘導前のH3アセチル化レベルの違いとRNAポリメラーゼIIの動態との関係について解析したところ、高アセチル化状態にある遺伝子アレイでは、転写因子がより集積すること、及び、転写開始から伸長に至る過程が促進されることが明らかになった。このヒストンのアセチル化と転写伸長との関係については、ChIP-seqやmRNA-seqを用いたゲノムワイドの解析によっても支持された。これらの結果から、ヒストンH3のアセチル化は、転写の場の形成と転写伸長の誘導の両方を促進すると考えられた。

Research Progress Status

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Cancer associated up-regulation of H3K9 methylation promotes cell motility in vitro and drives tumor formation in vivo. (2013)
  • Author(s): Yokoyama, Y., Hieda, M., Nishioka, Y., Matsumoto, A., Higashi, S., Kimura, H., Yamamoto, H., Mori, M., Matsuura, S., and Matsuura, N.
  • Journal Title: Cancer Science Volume: 104 Issue: 7 Pages: 889-895
  • DOI: 10.1111/cas.12166
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Chromosome engineering allows the efficient isolation of vertebrate neocentromeres (2013)
  • Author(s): Shang WH, Hori T, Martins NM, Toyoda A, Misu S, Monma N, Hiratani I, Maeshima K, Ikeo K, Fujiyama A, Kimura H, Earnshaw WC, and Fukagawa T
  • Journal Title: Dev Cell Volume: 24 Issue: 6 Pages: 635-648
  • DOI: 10.1016/j.devcel.2013.02.009
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Vertebrate Spt2 is a novel nucleolar histone chaperone that assists in ribosomal DNA transcription (2013)
  • Author(s): Osakabe A, Tachiwana H, Takaku M, Hori T, Obuse C, Kimura H, Fukagawa T, Kurumizaka H
  • Journal Title: J. Cell Sci Volume: 126 Pages: 1323-1332
  • DOI: 10.1242/jcs.112623
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Lamin B receptor recognizes specific modifications of histone H4 in heterochromatin formation (2012)
  • Author(s): Hirano Y, Hizume K, Kimura H, Takeyasu K, Haraguchi T, Hiraoka Y
  • Journal Title: J. Biol. Chem Volume: 287 Issue: 51 Pages: 42654-42663
  • DOI: 10.1074/jbc.m112.397950
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Histone chaperone activity of Fanconi anemia proteins, FANCD2 and FANCI, is required for DNA crosslink repair (2012)
  • Author(s): Koichi Sato. Masamichi Ishiai, Kazue Toda, Satoshi Furukoshi, Akihisa Osakabe, Hiroaki Tachiwana, Yoshimasa Takizawa, Wataru Kagawa, Hiroyuki Kitao, Naoshi Dohmae, Chikashi Obuse, Hiroshi Kimura, Minoru Takata, Hitoshi Kurumizaka
  • Journal Title: The EMBO Journal Volume: 31 Issue: 17 Pages: 3524-3536
  • DOI: 10.1038/emboj.2012.197
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Epigenetic Engineering : Histone H3K9 acetylation is compatible with kinetochore structure and function (2012)
  • Author(s): Bergmann JH, Jakubsche JN, Martins NM, Kagansky A, Nakano M, Kimura H, Kelly DA, Turner BM, Masumoto H, Larionov V, and Earnshaw WC
  • Journal Title: J Cell Sci Volume: 125 Issue: 2 Pages: 411-421
  • DOI: 10.1242/jcs.090639
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Fluorescence cell imaging and manipulation using conventional halogen lamp microscopy (2011)
  • Author(s): Yamagata K
  • Journal Title: PLoS One Volume: 7 Issue: 2 Pages: e31638-e31638
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0031638
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Tracking epigenetic histone modifications in single cells using Fab-based live endogenous modification labeling (2011)
  • Author(s): Hayashi-Takanaka Y
  • Journal Title: Nucleic Acids Res Volume: 39 Issue: 15 Pages: 6475-6488
  • DOI: 10.1093/nar/gkr343
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Crystal structure of the human centromeric nucleosome containing CENP-A (2011)
  • Author(s): Tachiwana H, Kagawa W, Shiga T, Osakabe A, Miya Y, Saito K, Hayashi-Takanaka Y, Oda T, Sato M, Park SY, Kimura H, Kurumizaka H
  • Journal Title: Nature Volume: 476 Issue: 7359 Pages: 232-235
  • DOI: 10.1038/nature10258
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Structures of human nucleosomes containing major histone H3 variants (2011)
  • Author(s): Tachiwana H, Osakabe A, Shiga T, Miya Y, Kimura H, Kagawa W, Kurnmizaka H
  • Journal Title: Acta Crystallogr.D Biol.Crystallogr. Volume: 67 Issue: 6 Pages: 578-583
  • DOI: 10.1107/s0907444911014818
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Kinetics of RNA polymerase II transcription in living cells． (2012)
  • Author(s): Hiroshi Kimura
  • Organizer: 第50回日本生物物理学会
  • Place of Presentation: 名古屋
  • Year and Date: 2012-09-22
  • Invited
• [Presentation] Small molecule screening for epigenetic modulators. (2012)
  • Author(s): Hiroshi Kimura
  • Organizer: JSPS UK/Japan Collaborative Symposium “Interdisciplinary approaches for the study of senescence”
  • Place of Presentation: Cambridge, UK
  • Invited
• [Presentation] Monitoring epigenetic modifications in living cells． (2011)
  • Author(s): 木村 宏
  • Organizer: 第34回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 横浜
  • Invited
• [Presentation] ヒストンH3のメチル化とアセチル化の生細胞ダイナミクス． (2011)
  • Author(s): 木村 宏
  • Organizer: 第84回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 京都
  • Invited
• [Presentation] 蛋白質翻訳後修飾の生細胞イメージング． (2011)
  • Author(s): 木村 宏
  • Organizer: 第11回日本蛋白質科学会年会
  • Place of Presentation: 吹田
  • Invited
• [Remarks] 木村グループHP
  • URL: http://www.fbs.osaka-u.ac.jp/labs/hiraoka/kimura/index.html
• [Remarks] 大阪大学生命機能研究科教員基本情報 木村 宏
  • URL: http://www.dma.jim.osaka-u.ac.jp/view?l=jau=7721
• [Remarks] 木村グループHP
  • URL: http://www.fbs.osaka-u.ac.jp/labs/hiraoka/kimura/index.html
• [Remarks] 大阪大学生命機能研究科教員基本情報 木村 宏
  • URL: http://www.dma.jim.osaka-u.ac.jp/view?l=ja&u=7721