ゲノム変動を制御するクロマチン核内空間配置メカニズムの解明

• Project Area: Systematic study of chromosome adaptation
• Project/Area Number: 25125703
• 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: 細胞核 / ゲノム安定性 / クロマチン / アクチンファミリー / ゲノム変動 / DNA損傷修復 / アクチン関連タンパク質 / クロマチンリモデリング複合体

Outline of Annual Research Achievements

生物がゲノムを安定的に維持する上で、DNAの二本の鎖が同時に切断を受ける二重鎖切断(DSB)は大きな脅威である。そのため、核内では様々な機構によってDSBの安全な修復が図られている。しかし、切断修復が困難な場合、細胞の戦略の一つとして、大規模染色体再構成(gross chromosome recombination; GCR)がある。GCRは、ゲノム変動の一因となり、進化の原動力ともなる。しかしその一方で、GCRの頻度が上昇することでゲノムは不安定となり、染色体異常を引き起こす。ヒトの場合には、がんや遺伝病などを引き起こすこととなる。したがって、GCRは通常は抑制されているが、その抑制機構については不明な点が多い。我々は、出芽酵母を持てる系として、クロマチン核内配置とGCR抑制との関連、およびその分子機構を明らかにすることを目的として研究をすすめた。HOエンドヌクレアーゼを誘導的に発現することでゲノム上に一カ所のDSBを導入できる出芽酵母を用いて、DSBの核内局在の変化と、その分子機構について解析を行った。その結果、DSBが核膜タンパク質である核膜孔複合体(NPS)、あるいはMps3に結合することにより、核膜近傍に移行することが観察された。SWR1クロマチンリモデリング複合体機能を欠損した酵母株では、NPCおよびMps3とDSBとの結合が失われた。一方で、INO80クロマチンリモデリング複合体の機能を欠損した酵母株では、DSBとMps3の結合のみが失わせた。これらの結果は、これらのクロマチンリモデリング複合体が、異なったメカニズムでDSBの核内空間配置に寄与することを示している。

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
• [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] 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」 (2013)
  • Author(s): 原田 昌彦
  • Organizer: 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
  • 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] Contribution of histone variant H2A.Z isoforms to transcriptional activation in hyper-acetylated chromatin (2013)
  • Author(s): Masayuki Kusakabe
  • Organizer: 23rd Wilhelm Bernhard Workshop on the Cell Nucleus
  • Place of Presentation: Debrecen, Hungary
• [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] 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] 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12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
  • Invited
• [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ス-DNAを操る細胞の仕組み- 原口徳子・平岡泰編 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
• [Remarks] http://www.harata-lab.org/