新規ＤＮＡメチル化形成にリンクしたメチル化消去機構に関する研究

• Project Area: Crosstalk of transcriptional control and energy pathways by hub metabolites
• Project/Area Number: 24116515
• 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: 田嶋 正二 大阪大学, たんぱく質研究所, 教授 (50132931)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2014-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2013)
• Budget Amount: ¥9,360,000 (Direct Cost: ¥7,200,000、Indirect Cost: ¥2,160,000); Fiscal Year 2013: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2012: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
• Keywords: 生化学 / ゲノムメチル化 / DNAメチル化酵素 / DNA脱メチル化

Research Abstract

DNAメチル化修飾は、転写制御、特にその抑制に寄与しており、メチル化模様は胚発生初期、生殖細胞、終末分化時に書き換えられている。したがって、DNAの脱メチル化はメチル化制御にとり重要なステップである。メチル化されたシトシン塩基（5mC）のヒドロキシル化（5hmC）が脱メチル化の印となっていることが最近報告されている。本研究計画では、メチル化されたDNAの中からどのように特定のメチル化部位が選びだされヒドロキシル化されているのかを明らかにする。これにより、未分化恒常性と分化刺激による細胞内外のシグナルにより、DNAメチル化模様がどのように制御されているのかを解明することを目指す。
胚性幹細胞では新規メチル化模様を形成するDnmt3aとDnmt3bが書き込んだ5mCが選択的に5hmC化されていることを明らかにした。また、Dnmt1は5hmC化修飾を受けたDNAをほとんどメチル化できないこと、さらに、維持メチル化に必須な因子であるUhrf1のヘミメチル化DNA結合領域は5hmC修飾を受けたDNAに結合できないことを明らかにした。この結果はDnmt3aやDnmt3bによって5hmC修飾を受けたゲノム領域は複製の過程で受動的に脱メチル化されることを示している。成果を論文として発表した。
胚性幹細胞から分化させた神経前駆細胞における5hmCと5mCの分布を調べ、5hmCのピークが転写開始点（TSS）の上流1kbに分布しており、5mCはTSS上流に幅広く分布していることを明らかにした。興味深いことに、5hmCと5mCが共在するプロモーター領域では、5hmCと5mCの存在するピークが重ならない領域が見出された。プロモーター領域に5hmCと5mCが共存する遺伝子のmRNAの発現量を調べたところ、5hmCと5mCの存在するピークの相対位置と転写活性の間に相関を認めた。

Current Status of Research Progress

Reason

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] The DNA methyltransferase Dnmt1 directly interacts with the SET and RING finger-associated (SRA) domain of the multifunctional protein Uhrf1 to facilitate accession of the catalytic center to hemi-methylated DNA (2014)
  • Author(s): Berkyurek AC, Suetake I, Arita K, Takeshita K, Nakagawa A, Shirakawa M, Tajima S
  • Journal Title: J Biol Chem Volume: 289(1) Issue: 1 Pages: 379-86
  • DOI: 10.1074/jbc.m113.523209
  • NAID: 120006770872
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The mTOR pathway controls cell proliferation by regulating the FoxO3a transcription factor via SGK1 kinase (2014)
  • Author(s): Mori S, Nada S, Kimura H, Tajima S, Takahashi Y, Kitamura A, Oneyama C, Okada M.
  • Journal Title: PLos ONE Volume: 9(2) Issue: 2 Pages: e88891-e88891
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0088891
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] miR-29 represses the activities of DNA methyltransferases and DNA demethylases (2013)
  • Author(s): Sumiyo Morita, Takuro Horii, Mika Kimura, Takahiro Ochiya, Shoji Tajima, and Izuho Hatada
  • Journal Title: International Journal of Molecular Sciences Volume: 14 Issue: 7 Pages: 14647-14658
  • DOI: 10.3390/ijms140714647
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Cell cycle-dependent turnover of 5-hydroxymethyl cytosine in mouse embryonic stem cells. (2013)
  • Author(s): Otani J, Kimura H, Sharif J, Endo TA, Mishima Y, Kawakami T, Koseki H, Shirakawa M, Suetake I, Tajima S
  • Journal Title: PLoS One Volume: 8 Issue: 12 Pages: e82961-e82961
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0082961
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Genome engineering of mammalian haploid embryonic stem cells using the Cas9/RNA system (2013)
  • Author(s): Horii T, Morita S, Kimura M, Kobayashi R, Tamura D, Takahashi RU, Kimura H, Suetake I, Ohata H, Okamoto K, Tajima S, Ochiya T, Abe Y, Hatada I
  • Journal Title: PeerJ Volume: 1 Pages: e230-e230
  • DOI: 10.7717/peerj.230
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Structural basis of the versatile DNA recognition ability of the methyl-CpG binding domain of methyl-CpG binding domain protein 4. (2013)
  • Author(s): Otani, J., Arita, K., Kato, T., Kinoshita, M., Kimura, H., Suetake, I., Tajima, S., Ariyoshi, M., Shirakawa, M.
  • Journal Title: J Biol. Chem. Volume: 288 Issue: 9 Pages: 6351-6362
  • DOI: 10.1074/jbc.m112.431098
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Genome-wide analysis of DNA methylation and expression of microRNAs in breast cancer cells. (2012)
  • Author(s): Morita, S., Takahashi, R., Yamashita, R.,Toyoda, A., Horii, T., Kimura, M.,Fujiyama, A., Nakai, K., Tajima, S.,Matoba, R., Ochiya, T., and Hatada, I
  • Journal Title: Int. J. Mol. Sci. Volume: 13 Issue: 7 Pages: 8259-8272
  • DOI: 10.3390/ijms13078259
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Dnmt1（RFTS）とUhrf1（SRA）の相互作用によりDNAは触媒中心に近づけるようになる (2014)
  • Author(s): アーメット・キャン・ベルキュレック、末武勲、有田恭平、竹下浩平、中川敦史、白川昌宏、田嶋正二
  • Organizer: 日本エピジェネティクス研究第８回年会
  • Place of Presentation: 東京大学伊藤国際会館
• [Presentation] 遺伝性知覚神経疾患の原因となるDnmt1のRFTS内の変異がDNA維持メチルに及ぼす影響 (2014)
  • Author(s): ロナルド・G・ガルビレス、木村博信、アーメット・キャン・ベルキュレック、末武勲、田嶋正二
  • Organizer: 日本エピジェネティクス研究第８回年会
  • Place of Presentation: 東京大学伊藤国際会館
• [Presentation] 組換えDNMT1を利用したヒドロキシメチル化シトシンの1塩基レベルの新規解析方法の開発 (2014)
  • Author(s): 末武勲、白川昌宏、田嶋正二
  • Organizer: 日本エピジェネティクス研究第８回年会
  • Place of Presentation: 東京大学伊藤国際会館
• [Presentation] プロモーター領域でのヒドロキシメチルシトシンのメチルシトシンに対する相対位置は遺伝子発現と相関する (2014)
  • Author(s): 木村博信、末武勲、遠井紀江、川上徹、饗庭一博、中辻憲夫、田嶋正二
  • Organizer: 日本エピジェネティクス研究第８回年会
  • Place of Presentation: 東京大学伊藤国際会館
• [Presentation] Dnmt1のRFTSと触媒領域間の水素結合のDNAメチル化に果たす役割 (2013)
  • Author(s): ロナルド G. ガルビレス、長谷川貴志、木村博信、ジャファル シャリフ、古関明彦、末武勲、田嶋正二
  • Organizer: 第７回日本エピジェネティクス研究会年会
  • Place of Presentation: 奈良県新公会堂
• [Presentation] DNA鎖長とNp95のSRA領域はDnmt1のRFTSを触媒ポケットから除去するステップに寄与する (2013)
  • Author(s): アーメット・キャン・ベルキュレック、有田 恭平、竹下 浩平、中川 敦史、白川 昌宏、末武 勲、田嶋 正二
  • Organizer: 第７回日本エピジェネティクス研究会年会
  • Place of Presentation: 奈良県新公会堂
• [Presentation] マウスES細胞におけるヒドロキシメチルシトシンの産生と消去 (2013)
  • Author(s): 木村博信、大谷淳二、川上 徹、白川昌宏、末武 勲、田嶋正二
  • Organizer: 第７回日本エピジェネティクス研究会年会
  • Place of Presentation: 奈良県新公会堂
• [Presentation] ヘミメチル化DNAによるヌクレオソーム再構成とDnmt1によるメチル化 (2013)
  • Author(s): 岡翔太、ラウラ ブルックナー、三島優一、末武勲、田嶋正二
  • Organizer: 第７回日本エピジェネティクス研究会年会
  • Place of Presentation: 奈良県新公会堂
• [Presentation] Relative positions of 5-hydroxymethylcytosine and 5-methylcytosine at promoter correlates with the level of gene expression (2013)
  • Author(s): Hironobu Kimura, Norie Tooi, Toru Kawakami, Tatsuhiro Thomoto, Kazuhiro Aiba, Isao Suetake, Norio Nakatsuji, and Shoji Tajima
  • Organizer: International Symposium on Transcription and metbolism
  • Place of Presentation: Awaji Yumebutai International Conference Center, Hyogo, Japan
• [Presentation] miR-29はDNAメチル化酵素とDNA 脱メチル化酵素を制御する (2013)
  • Author(s): 森田純代、堀居拓郎、木村美香、落谷孝広、田嶋正二、畑田出穂
  • Organizer: 日本分子生物学会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場
• [Presentation] CRISPR/Cas9システムによる哺乳類半数体ES細胞のゲノム操作 (2013)
  • Author(s): 堀居拓郎、森田純代、木村美香、小林遼平、田村大樹、高橋陵宇、木村博信、末武勲、大畑広和、岡本康司、安部由美子、田嶋正二、落谷孝広、畑田出穂
  • Organizer: 日本分子生物学会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場
• [Presentation] Cyclic conversion of 5mC to 5hmC and remethylation in mouse ES cells (2013)
  • Author(s): Musashi Kubiura, Masaki Okano, Shoji Tajima, Masako Tada
  • Organizer: 日本分子生物学会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場
• [Presentation] Multi-step process of maintenance methylation (2012)
  • Author(s): Shoji Tajima
  • Organizer: FASEB Science Research Conference on Biological Methylation: From DNA and Histones to Disease
  • Place of Presentation: The Westin Conference Center, Snowmass Village, Colorado, USA
  • Year and Date: 2012-08-12
  • Invited
• [Presentation] Dnmt1によるDNA維持メチル化活性は領域の大きな再配置を伴う反応である (2012)
  • Author(s): 末武勲
  • Organizer: 第6回日本エピジェネティクス研究会年会
  • Place of Presentation: 学術総合センター（東京千代田区一ツ橋）
  • Year and Date: 2012-05-14
• [Presentation] Dnmt1によるDNA維持メチル化のin vivoにおける責任領域 (2012)
  • Author(s): 長谷川貴志
  • Organizer: 第6回日本エピジェネティクス研究会年会
  • Place of Presentation: 学術総合センター（東京千代田区一ツ橋）
  • Year and Date: 2012-05-14
• [Book] エピジェネティクスキーワード事典-分子機構から疾患・解析技術まで-（牛島俊和、眞貝洋一編集） (2013)
  • Author(s): 木村博信、田嶋正二
  • Publisher: 羊土社
• [Book] エピジェネティクス-その分子機構から高次生命機能まで-（田嶋正二編集） (2013)
  • Author(s): 田嶋正二
  • Publisher: 化学同人