転写サイクルにおけるクロマチンリモデリング複合体のリサイクル機構の解明

• Project Area: Integral understanding of the mechanism of transcription cycle through quantitative, high-resolution approaches
• Project/Area Number: 25118503
• 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: Tohoku University
• Principal Investigator: 原田 昌彦 東北大学, (連合)農学研究科(研究院), 准教授 (70218642)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥11,700,000 (Direct Cost: ¥9,000,000、Indirect Cost: ¥2,700,000); Fiscal Year 2014: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000); Fiscal Year 2013: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000)
• Keywords: クロマチン / 転写 / クロマチンリモデリング複合体 / アクチンファミリー / アクチン関連タンパク質 / 細胞核 / リサイクル

Outline of Annual Research Achievements

ゲノムは核内でクロマチンを形成して収納されており、このクロマチン構造が転写開始、伸長などを含む様々な転写サイクルの制御に関与している。これまでに、クロマチン構造を変換するクロマチンリモデリング複合体が、この転写サイクル制御に関わっていることが示されている。しかし、細胞あたりのクロマチンリモデリング複合体の分子数は、これらの複合体の機能を考えると著しく少ない。このところから、転写サイクルの過程では、クロマチンリモデリング複合体の形成、クロマチン結合・解離、複合体の解消といった、リサイクルが活発に行われていることを示唆している。本研究では、転写サイクルにおけるクロマチンリモデリング複合体のリサイクルとその機構を明らかにすることを目的として研究を進めた。INO80クロマチンリモデリング複合体の構成因子であるIno80, Arp5, Arp8に注目して解析を行った。まず、大腸菌で発現、精製したArp8を用いた解析を行った。ゲルシフト解析やArp8ノックアウト細胞の解析によって、Arp8が一本鎖DNAに高親和結合することをはじめて明らかにした。また、十川計画研究班員との共同研究により、Ino80, Arp5, Arp8のFRAP解析および一分子解析を行った。その結果、これらのINO80クロマチンリモデリング複合体の構成因子が、それぞれ核内で異なった挙動を示すことが明らかとなった。この結果は、INO80クロマチンリモデリング複合体の構成因子が、転写サイクルの進行に伴って解離・形成を繰り返して機能している可能性を示している。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Nuclear actin activates human transcription factor genes including the OCT4 gene. (2015)
  • Author(s): Yamazaki S, Yamamoto K, Tokunaga M, Sakata-Sogawa K, Harata M.
  • Journal Title: Biosci Biotechnol Biochem. Volume: 79(2) Issue: 2 Pages: 242-246
  • DOI: 10.1080/09168451.2014.972332
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] アクチンファミリーによる細胞核・クロマチンの機能構造形成 (2015)
  • Author(s): 山崎祥他、尾間由佳子、原田昌彦
  • Journal Title: ナノ学会会報 Volume: 13 Pages: 73-77
• [Journal Article] DNA binding properties of the actin-related protein Arp8 and its role in DNA repair. (2014)
  • Author(s): Osakabe, A., Takahashi, Y., Murakami, H., Otawa, K., Tachiwana, H., Oma, Y., Hitoshi Nishijima, H., Shibahara, K., Kurumizaka, H., Harata, M.
  • Journal Title: PLoS One Volume: 9 Issue: 10 Pages: e108354-e108354
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0108354
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] SWR1 and INO80 chromatin remodelers contribute to DNA double-strand break perinuclear anchorage site choice. (2014)
  • Author(s): Horigome, C., Oma, Y., Konishi, T., Schmid, R., Marcomini, I., Hauer, M.H., Dion, V., Harata, M., and Gasser, S.M.
  • Journal Title: Mol Cell Volume: 55 Pages: 626-639
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Nuclear actin filaments recruit cofilin and actin-related protein 3, and their formation is connected with a mitotic block. (2014)
  • Author(s): Kalendova A, Kalasova I, Yamazaki S, Ulicna L, Harata M, Hozak P.
  • Journal Title: Histochem Cell Biol. Volume: 142(2) Issue: 2 Pages: 139-152
  • DOI: 10.1007/s00418-014-1243-9
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Possible involvement of LKB1-AMPK signaling in non-homologous end joining. (2014)
  • Author(s): Ui A, Ogiwara H, Nakajima S, Kanno S-I, Watanabe R, Harata M, Okayama H, Harris CC, Yokota J, Yasui A and Kohno T
  • Journal Title: Oncogene Volume: 33 Issue: 13 Pages: 1640-1648
  • DOI: 10.1038/onc.2013.125
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Reorganization of Damaged Chromatin by the Exchange of Histone Variant H2A.Z-2. (2014)
  • Author(s): Nishibuchi I
  • Journal Title: Int J Radiat Oncol Biol Phys. Volume: 89 Issue: 4 Pages: 736-744
  • DOI: 10.1016/j.ijrobp.2014.03.031
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Improvement of the transformation efficiency of Sacchaaromyces cerevisiae by altering carbon sources in pre-culture (2014)
  • Author(s): Konishi, T., and Harata, M.
  • Journal Title: Biosci Biotechnol Biochem Volume: 78 Issue: 6 Pages: 1090-1093
  • DOI: 10.1080/09168451.2014.915730
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Improvement of the transformation efficiency of Saccharomyces cerevisiae by altering carbon sources in pre-culture (2014)
  • Author(s): Konishi, T., et al.
  • Journal Title: Bioscience, Biotechnology and Biochemistry Volume: in press
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Reorganization of Damaged Chromatin by the Exchange of Histone Variant H2A.Z-2 (2014)
  • Author(s): Nishibuchi, I. et al.
  • Journal Title: International Journal of Radiation Oncology, Biology, Physics Volume: in press
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Structural polymorphism in the L1 loop regions of human H2A. Z. 1 and H2A. Z. 2. (2013)
  • Author(s): Naoki Horikoshi, Koichi Sato, Keisuke Shimada, Yasuhiro Arimura, Akihisa Osakabe, Hiroaki Tachiwana, Yoko Hayashi-Takanaka, Wakana Iwasaki, Wataru Kagawa, Masahiko Harata, Hiroshi Kimura and Hitoshi Kurumizaka.
  • Journal Title: Acta Crystallographica Section D Volume: 69 Issue: 12 Pages: 2431-2439
  • DOI: 10.1107/s090744491302252x
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Actin family proteins involved in the functional organization of chromatin and the nucleus (2015)
  • Author(s): Oma, Y., Takahashi, Y., Murakami, H., Horigome, C., Gasser, S.M., Osakabe, A., Kurumizaka, H., Harata, M.
  • Organizer: Understanding the genome III - G60 Symposium
  • Place of Presentation: Chexbres, Switzerland
  • Year and Date: 2015-03-20
• [Presentation] Role of actin family proteins in the functional organization of chromatin and the nucleus. (2014)
  • Author(s): Yamazaki, S., Yamamoto, K., Oma, Y., Hozak, P., Gasser, S. and Harata, M.
  • Organizer: The 4D Nucleome 2014
  • Place of Presentation: Aki Ground Hotel, Hiroshima, Japan
  • Year and Date: 2014-12-18
• [Presentation] Involvement of nuclear filamentous-actin in the regulation of transcription. (2014)
  • Author(s): Yamazaki, S., Yamamoto, K., Sakata-Sogawa, K., Tokunaga, M. and Harata, M.
  • Organizer: The 4D Nucleome 2014
  • Place of Presentation: Aki Ground Hotel, Hiroshima, Japan
  • Year and Date: 2014-12-18
• [Presentation] Behavior of nuclear actin in cell differentiation. (2014)
  • Author(s): Yamamoto, K., Yamazaki, S., Sakata-Sogawa, K., Tokunaga, M. and Harata, M.
  • Organizer: The 4D Nucleome 2014
  • Place of Presentation: Aki Ground Hotel, Hiroshima, Japan
  • Year and Date: 2014-12-18
• [Presentation] Roles of nuclear filamentous-actin in transcriptional regulation. (2014)
  • Author(s): Yamazaki, S., Yamamoto, K., Sakata-Sogawa, K., Tokunaga, M. and Harata M.
  • Organizer: The 2014 ASCB/IFCB Meeting
  • Place of Presentation: Philadelphia, USA
  • Year and Date: 2014-12-07
• [Presentation] Nucleocytoplasmic relocation of actin in cell differentiation. (2014)
  • Author(s): Yamamoto, K., Yamazaki, S., Sakata-Sogawa, K., Tokunaga, M. and Harata, M.
  • Organizer: The 2014 ASCB/IFCB Meeting
  • Place of Presentation: Philadelphia, USA
  • Year and Date: 2014-12-07
• [Presentation] Nuclear actin and ARPs involved in the functional organization of chromatin (2014)
  • Author(s): Harata, M.
  • Organizer: The 2014 ASCB/IFCB Meeting
  • Place of Presentation: Philadelphia, USA
  • Year and Date: 2014-12-06
  • Invited
• [Presentation] Roles of actin family proteins in chromatin and nuclear organizaion for DNA repair. (2014)
  • Author(s): Oma, Y., Takahashi, Y., Murakami, H., Horigome, C., Gasser, S., Osakabe, A., Kurumizaka, H. and Harata, M.
  • Organizer: The 9th 3R symposium
  • Place of Presentation: Tokinosumika, Gotemba, Shizuoka
  • Year and Date: 2014-11-19
• [Presentation] ヒストンバリアントH2A.ZとINO80クロマチンリモデリング複合体によるクロマチン機能制御 (2014)
  • Author(s): 原田昌彦
  • Organizer: 平成26年度遺伝研研究会「クロマチンにおけるゲノムDNAの機能発現メカニズム」
  • Place of Presentation: 国立遺伝学研究所、三島
  • Year and Date: 2014-10-30
  • Invited
• [Presentation] アクチンファミリーによる細胞核とクロマチンの機能構造制御 (2014)
  • Author(s): 原田昌彦
  • Organizer: 第87回日本生化学会大会シンポジウム「核構造タンパク質によるクロマチン時空間制御の理解とマニピュレーション」
  • Place of Presentation: 京都国際会議場、京都
  • Year and Date: 2014-10-18
  • Invited
• [Presentation] アクチンファミリーによる細胞核・クロマチンの機能構造形成 (2014)
  • Author(s): 原田昌彦
  • Organizer: 分子科学研究所研究会「細胞核内反応の分子科学」
  • Place of Presentation: 分子科学研究所、岡崎
  • Year and Date: 2014-09-27
  • Invited
• [Presentation] Analysis of function of H2A.Z isoforms by using gene knockout cells. (2014)
  • Author(s): Kusakabe, M., Matsuda, R., Oku, H., Hori, T., Fukagawa, T., Horikoshi, N., Kurumizaka, H. and Harata., M.
  • Organizer: The EMBO workshop on Histone Variants in 2014
  • Place of Presentation: Strasbourg, France
  • Year and Date: 2014-06-02 – 2014-06-04
• [Presentation] 細胞分化における核内アクチンの機能解析 (2014)
  • Author(s): 山本浩志
  • Organizer: 農芸化学会2014年度大会
  • Place of Presentation: 生田
• [Presentation] 遺伝子欠損細胞を用いたヒストンバリアントH2A.Zの機能解析 (2014)
  • Author(s): 奥裕行
  • Organizer: 農芸化学会2014年度大会
  • Place of Presentation: 生田
• [Presentation] 転写およびアクチンダイナミクス制御におけるアクチンファミリーArp5, Arp8の機能解析 (2014)
  • Author(s): 村上寛和
  • Organizer: 農芸化学会2014年度大会
  • Place of Presentation: 生田
• [Presentation] アクチン・ヒストン両ファミリーによる核・クロマチン機能制御 (2013)
  • Author(s): 原田 昌彦
  • Organizer: 平成25年度遺伝研研究会「クロマチンによる遺伝情報のエピジェネティック制御機構」
  • Place of Presentation: 三島
  • Invited
• [Presentation] ヒトINO80クロマチンリモデリング複合体による遺伝子発現の酸化ストレス応答制御 (2013)
  • Author(s): 原田昌彦
  • Organizer: 第36回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 神戸
• [Presentation] Actin family proteins involved in the functional organization of the nucleus (2013)
  • Author(s): Masahiko Harata
  • Organizer: 23th Wilhelm Bernhard Workshop on the cell nucleus
  • Place of Presentation: Debrecen, Hungary
  • Invited
• [Presentation] Contribution of SWR1- and INO80 chromatin remodeling complexes to the spatial positioning of DNA double-strand break. (2013)
  • Author(s): Masahiko Harata
  • Organizer: 酵母エピジェネティックス国際シンポジウム
  • Place of Presentation: 福井市
• [Presentation] Roles of actin-related proteins in chromatin function and nuclear organization Masahiko Harata (2013)
  • Author(s): Masahiko Harata
  • Organizer: Annual Meeting, American Society of Cell Biology meeting
  • Place of Presentation: New Orleans, USA
• [Presentation] Involvement of nuclear actin- and myosin-families in genome function (2013)
  • Author(s): Masahiko Harata
  • Organizer: NIH Tohoku University JSPS Symposium
  • Place of Presentation: 仙台
• [Presentation] Arp4による核内アクチンダイナミクスとゲノム機能の制御 (2013)
  • Author(s): 山崎祥他
  • Organizer: 第31回 染色体ワークショップ・第12回 核ダイナミクス研究会
  • Place of Presentation: 箱根
• [Presentation] INVOLVEMENT OF THE NUCLEAR ACTIN-RELATED PROTEIN ARP4 IN THE SUBCELLULAR LOCALIZATION AND POLYMERIZATION OF ACTIN (2013)
  • Author(s): Shota Yamazaki
  • Organizer: 23rd Wilhelm Bernhard Workshop on the Cell Nucleus
  • Place of Presentation: Debrecen, Hungary
• [Presentation] Contribution of histone variant H2A.Z isoforms to transcriptional activation in hyper-acetylated chromatin (2013)
  • Author(s): Masayuki Kusakabe
  • Organizer: 23th Wilhelm Bernhard Workshop on the cell nucleus
  • Place of Presentation: Debrecen, Hungary
• [Presentation] ヒストンバリアントH2A.Zアイソフォームの転写制御における機能解析 (2013)
  • Author(s): 日下部将之
  • Organizer: 第31回染色体ワークショップ・第11回核ダイナミクス研究会
  • Place of Presentation: 箱根
• [Presentation] アクチンファミリーによる細胞核・クロマチンの機能構造形成
  • Author(s): 原田昌彦
  • Organizer: 第86回日本生化学会大会シンポジウム「細胞核内構造体の構築原理と高次生命機能」
  • Place of Presentation: 横浜
• [Presentation] 転写制御におけるヒストンバリアントH2A.Zアイソフォームの機能解析
  • Author(s): 日下部将之
  • Organizer: 日本生化学会東北支部会第79回例会・シンポジウム
  • Place of Presentation: 仙台
• [Presentation] Analyses of human INO80 complex involvement in gene expression regulation under oxidative stress condition
  • Author(s): Yuichiro Takahashi
  • Organizer: 第86回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 横浜
• [Book] 染色体と細胞核のダイナミクス-DNAを操る細胞の仕組み- 原口徳子・平岡泰編 第11章 核骨格と核タンパク質 (2013)
  • Author(s): 原田昌彦
  • Total Pages: 236
  • Publisher: 化学同人
• [Book] ベーシックマスター分子生物学（改訂版） 東中川徹、大山隆、清水光弘編 第8章 翻訳の調節 (2013)
  • Author(s): 原田 昌彦
  • Total Pages: 439
  • Publisher: オーム社