幹細胞分化過程におけるヒストン修飾ライブイメージング

• Project Area: Molecular mechanisms of cell fate determination in the cells that undergo stepwise differentiation to multiple pathways
• Project/Area Number: 25118714
• 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: Tokyo Institute of Technology (2014); Osaka University (2013)
• Principal Investigator: 佐藤 優子 東京工業大学, 生命理工学研究科, 研究員 (70435882)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2014: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000); Fiscal Year 2013: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
• Keywords: エピジェネティクス / 発生 / マウス / 不活性X染色体 / ライブイメージング / ゼブラフィッシュ / 体節

Outline of Annual Research Achievements

細胞機能特異的な遺伝子発現制御において、後成的遺伝子発現制御（エピジェネティクス）が重要な役割を果たしていることが、近年幅広い分野で明らかにされてきている。特に、ヒストンの翻訳後修飾（ヒストン修飾）は、細胞機能に応じて可逆的に付加・除去される一方で、細胞分裂を経ても継承されるという性質を持つため、細胞分化過程における遺伝子発現制御の基盤として働くことが示唆されている。我々は最近、ヒストン修飾特異的抗体由来の一本鎖可変領域（scFv; single-chain variable fragment）を用いて、生体内のヒストン修飾動態観察に成功した。
本課題では、H4 Lys20モノメチル化修飾特異的蛍光プローブ（H4K20me1-mintbody）を発現するマウスを作製し、H4K20me1動態の生体イメージングを試みた。H4K20me1-mintbody発現マウスは、FRT/flippaseシステムによるコンディショナル型のH4K20me1-mintbody発現カセットを、ROSA26遺伝子座にノックインしたマウスを作製し、さらに全身性にflippaseを発現するトランスジェニックマウスと掛け合わせて作成した。
H4K20me1-mintbodyを発現させた雌胎児（10.5～12.5日齢）を観察した結果、不活性X染色体上にH4K20me1が濃縮されていることがわかった。また成獣雄マウスの精巣では、精子形成パキテン期のXY bodyにH4K20me1が濃縮されていることが観察された。今後これらの部位におけるH4K20me1濃縮過程とその意義について、明らかにしていく予定である。

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] Quantifying histone and RNA polymerase II post-translational modification dynamics in mother and daughter cells. (2014)
  • Author(s): Stasevich TJ, Sato Y, Nozaki N, Kimura H.
  • Journal Title: Methods Volume: 70 Issue: 2-3 Pages: 77-88
  • DOI: 10.1016/j.ymeth.2014.08.002
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Regulation of RNA polymerase II activation by histone acetylation in single living cells (2014)
  • Author(s): Stasevich TJ, Hayashi-Takanaka Y, Sato Y, Maehara K, Ohkawa Y, Sakata-Sogawa K, Tokunaga M, Nagase T, Nozaki N, McNally JG, Kimura H
  • Journal Title: Nature Volume: 516 Issue: 7530 Pages: 272-275
  • DOI: 10.1038/nature13714
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Genetically encoded system to track histone modification in vivo. (2013)
  • Author(s): Yuko Sato, Masanori Mukai, Jun Ueda, Michiko Muraki, Timothy J. Stasevich, Naoki Horikoshi, Tomoya Kujirai, Hiroaki Kita, Taisuke Kimura, Seiji Hira, Yasushi Okada, Yoko Hayashi-Takanaka, Chikashi Obuse, Hitoshi Kurumizaka, Atsuo Kawahara, Kazuo Yamagata, Naohito Nozaki and Hiroshi Kimura
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 3 Issue: 1 Pages: 2436-2436
  • DOI: 10.1038/srep02436
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Structural basis of a nucleosome containing histone H2A. B/H2A. Bbd that transiently associates with reorganized chromatin. (2013)
  • Author(s): Arimura Y., Kimura H., Oda T., Sato K., Osakabe A., Tachiwana H., Sato Y., Kinugasa Y., Ikura T., Sugiyama M., Sato M., Kurumizaka H.
  • Journal Title: Sci Rep. Volume: 3 Issue: 1 Pages: 3510-3510
  • DOI: 10.1038/srep03510
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] H4K20me1特異的細胞内抗体を用いた不活性X染色体動態のin vivo解析 (2014)
  • Author(s): 佐藤優子、木村宏
  • Organizer: 第37回 日本分子生物学会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜
  • Year and Date: 2014-12-25 – 2014-12-26
• [Presentation] Visualization of histone modification dynamics during zygotic genome activation in Zebrafish (2014)
  • Author(s): Sato Y and Kimura H
  • Organizer: 第20回 小型魚類研究会
  • Place of Presentation: 慶應義塾大学 薬学部 （芝共立キャンパス）
  • Year and Date: 2014-09-20 – 2014-09-21
• [Presentation] Intracellular antibody probes for visualizing histone modifications in vivo (2014)
  • Author(s): Sato Y and Kimura H
  • Organizer: 第37回 内藤コンファレンス
  • Place of Presentation: 北海道 ヒルトンニセコビレッジ
  • Year and Date: 2014-07-15 – 2014-07-18
• [Presentation] 細胞内抗体プローブを用いたヒストン修飾動態の生体イメージング (2014)
  • Author(s): 佐藤優子、木村宏
  • Organizer: 第8回 日本エピジェネティクス研究会年会
  • Place of Presentation: 東京大学 伊藤国際学術研究センター
  • Year and Date: 2014-05-25 – 2014-05-27
  • Invited
• [Presentation] ゼブラフィッシュ初期過程におけるヒストンアセチル化動態のin vivoイメージング (2013)
  • Author(s): 佐藤優子、村木倫子、川原敦雄、木村宏
  • Organizer: 第36回 日本分子生物学会
  • Place of Presentation: 神戸ポートアイランド
  • Year and Date: 2013-12-03 – 2013-12-06
• [Presentation] 細胞内抗体プローブを用いたヒストンアセチル化動態のin vivoイメージング (2013)
  • Author(s): 佐藤優子、向正則、Timothy J. Stasevich、木村宏
  • 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
  • Year and Date: 2013-05-30 – 2013-05-31
• [Presentation] Genetically encoded system to track histone acetylation in vivo (2013)
  • Author(s): Sato Y, Mukai M, Stasevich TJ, Kimura H
  • Organizer: EMBL Conference Series “Chromatin and Epigenetics”
  • Place of Presentation: Heidelberg, Germany
  • Year and Date: 2013-05-08 – 2013-05-12
• [Book] Optical Probes in Biology (Jin Zhang, Sohum Mehta, Carsten Schultz ed) (2014)
  • Author(s): Kimura H and Sato Y
  • Total Pages: 511
  • Publisher: CRC Press, London
• [Remarks] 東京工業大学 木村研究室 Publications
  • URL: http://kimura-lab.bio.titech.ac.jp/publications.html