配列特異的ＤＮＡメチル化酵素によるエピゲノム工学：合成生物学・ゲノム工学の拡張へ

• Project Area: Synthetic biology for the comprehension of biomolecular networks
• Project/Area Number: 24119503
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Complex systems
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 古田 芳一 東京大学, 新領域創成科学研究科, 特任助教 (40613667)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2014-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2013)
• Budget Amount: ¥7,800,000 (Direct Cost: ¥6,000,000、Indirect Cost: ¥1,800,000); Fiscal Year 2013: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2012: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
• Keywords: DNAメチル化 / 制限修飾系 / メチローム / PacBioシークエンサー / DNAメチル化多様化メカニズム / トランスクリプトーム

Research Abstract

本研究は、ドメイン配列が移動することによってメチル化標的配列を多様化するメカニズムを応用し、望みの認識配列を持つメチル化酵素を創出し、ゲノム中のメチル化分布を自由に作り出す「エピゲノム工学」を確立することが目的である。これまでの遺伝子制御ネットワーク解析を拡大し、ゲノム工学産物に多様なトランスクリプトーム状態を実現し、合成生物学の強力なツールとしての活用が期待できる。本年度は実施計画として、(C)メチル化配列の変化によるトランスクリプトーム変化の測定、(D)メチル化の導入による合成生物学実験系の拡張、を実施した。
(C)メチル化配列の変化によるトランスクリプトーム変化の測定について、I型配列認識遺伝子を一つ欠損させた株を作成し、野生型とトランスクリプトーム比較解析を行った。4つの遺伝子が制御されていることがわかり、I型制限修飾系によるメチル化も遺伝子制御を行いうることを示した。昨年度の解析結果と合わせ、ピロリ菌は株によってメチル化状態がゲノム全体にわたって多様であること、そのメチル化の多様化によりトランスクリプトームを変化させ、適応進化を行っていることを支持する結果となり、論文を出版した。(D)メチル化の導入による合成生物学実験系の拡張について、既知のメチル化酵素遺伝子を大腸菌に導入することで、DNAメチル化の表現型への影響について解析を行った。複数のメチル化についてトランスクリプトームを大きく変化させること、表現系に影響を与えることを確認した。

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] Methylome diversification through changes in DNA methyltransferase sequence specificity. (2014)
  • Author(s): Yoshikazu Furuta, Hiroe Namba-Fukuyo, Tomoko F. Shibata, Tomoaki Nishiyama, Shuji Shigenobu, Yutaka Suzuki, Sumio Sugano, Mitsuyasu Hasebe, Ichizo Kobayashi
  • Journal Title: PLoS Genetics Volume: 10(4) Issue: 4 Pages: e1004272-e1004272
  • DOI: 10.1371/journal.pgen.1004272
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Chromosome painting in silico in a bacterial species reveals fine population structure (2013)
  • Author(s): Koji Yahara, Ynshikazu Furuta, Kenshiro Oshima, Masaru Yoshida, Takeshi Azuma, Masahira Hattori, Ikuo Uchiyama, Ichizo Kobayashi
  • Journal Title: Molecular Biology and Evolution Volume: 30(6) Issue: 6 Pages: 1454-64
  • DOI: 10.1093/molbev/mst055
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Movement of DNAsequence recognition domains between non-orthologous proteins (2012)
  • Author(s): Y Furuta, I Kobayashi
  • Journal Title: Nucleic AcidsRes Volume: 40(18) Issue: 18 Pages: 9218-9232
  • DOI: 10.1093/nar/gks681
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Mobility of DNA sequence recognition domains in DNA methyltransferases suggests epigenetics-driven adaptive evolution. (2012)
  • Author(s): Yoshikazu Furuta, Ichizo Kobayashi
  • Journal Title: Mobile Genetic Elements Volume: 2(6) Issue: 6 Pages: 292-296
  • DOI: 10.4161/mge.23371
  • Peer Reviewed
• [Presentation] PacBio RSを用いたピロリ菌メチロームの種内比較解析 (2014)
  • Author(s): 古田芳一、南波宏枝、柴田朋子、西山智明、重信秀治、鈴木穣、菅野純夫、長谷部光泰、小林一三
  • Organizer: 第8回日本ゲノム微生物学会年会
  • Place of Presentation: 東京農業大学、東京都
• [Presentation] Methylome diversification through changes in the sequence specificity of DNA methyltransferases (2014)
  • Author(s): 古田芳一、小林一三
  • Organizer: 第87回日本細菌学会総会
  • Place of Presentation: タワーホール船堀、東京都
• [Presentation] DNAメチル化系の認識配列変換によるメチローム多様化：種内複数株でのメチローム解読からの証拠 (2013)
  • Author(s): 古田芳一、南波宏枝、柴田朋子、西山智明、重信秀治、鈴木穣、菅野純夫、長谷部光泰、小林一三
  • Organizer: 日本進化学会第15回大会
  • Place of Presentation: 筑波大学、茨城県
• [Presentation] 一分子リアルタイム(SMRT)シークエンシングによるメチローム解読と「エピジェネティクス駆動進化」仮説 (2013)
  • Author(s): 古田芳一、南波宏枝、柴田朋子、西山智明、重信秀治、鈴木穣、菅野純夫、長谷部光泰、小林一三
  • Organizer: 日本遺伝学会第85回大会
  • Place of Presentation: 慶應義塾大学、神奈川県
• [Presentation] DNAメチル化系の認識配列変換によるメチローム多様化：種内複数株でのメチローム解読からの証拠 (2013)
  • Author(s): 古田芳一、南波宏枝、柴田朋子、西山智明、重信秀治、鈴木穣、菅野純夫、長谷部光泰、小林一三
  • Organizer: 第36回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場、兵庫県
• [Presentation] DNA配列認識ドメインの非オーソロガス遺伝子間の移動 (2013)
  • Author(s): 古田芳一、小林一三
  • Organizer: 第86回日本細菌学会総会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ、千葉県
• [Presentation] DNA配列認識ドメインの非オーソロガス遺伝子間の移動 (2013)
  • Author(s): 古田芳一、小林一三
  • Organizer: 第7回日本ゲノム微生物学会年会
  • Place of Presentation: 長浜バイオ大学、滋賀県
• [Presentation] Epigenome evolution―Two mechanisms in alteration of DNA sequence recognition domains in restriction-modification systems. (2012)
  • Author(s): Yoshikazu Furuta, Ichizo Kobayashi
  • Organizer: Bacteria, Archaea & Phages
  • Place of Presentation: Cold Spring Harbor, New York, US
• [Presentation] DNA配列認識ドメインの非オーソロガス遺伝子間の移動 (2012)
  • Author(s): 古田芳一、小林一三
  • Organizer: 第35回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: マリンメッセ福岡、福岡県
• [Presentation] ピロリ菌CagA発がんタンパクのDNA組換えによる進化 (2012)
  • Author(s): 古田芳一、小林一三
  • Organizer: 第18回日本ヘリコバクター学会学術集会
  • Place of Presentation: 岡山コンベンションセンター、岡山県
• [Book] Restriction-Modification Systems as Mobile Epigenetic Elements (in Bacterial Integrative Mobile Genetic Elements) (2013)
  • Author(s): Yoshikazu Furuta and Ichizo Kobayashi
  • Total Pages: 19
  • Publisher: Landes Bioscience
• [Remarks] DNAメチル化酵素多様化についての研究成果が掲載されました。
  • URL: http://www.ige.tohoku.ac.jp/prg/genetics/study_report/2012/07/nucleic-acids-research.html