DNA複製開始タイミングを規定する因子による染色体クロマチン制御とDNA修復反応

• Project Area: Coupling of replication, repair and transcription, and their common mechanism of chromatin remodeling
• Project/Area Number: 25131721
• 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: National Institute of Genetics
• Principal Investigator: 田中 誠司 国立遺伝学研究所, 細胞遺伝研究系, 助教 (50263314)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥11,180,000 (Direct Cost: ¥8,600,000、Indirect Cost: ¥2,580,000); Fiscal Year 2014: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000); Fiscal Year 2013: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000)
• Keywords: DNA複製 / クロマチン / サイレンシング / HAT / クロマチンリモデラー / DNAメタボリズム

Outline of Annual Research Achievements

過不足ない正確なDNA複製とDNAダメージの修復は、細胞がそのゲノムを安定に維持・継承する機構の中心にあり、その制御機構の破綻はがんなどのゲノム疾患の直接の原因となる。複製と修復は、チェックポイント機能によって連携されていることが広く知られているが、タンパク因子によるシグナル伝達の大枠は理解されたものの、染色体クロマチン構造との関連については不明な点が多い。真核生物において染色体DNA複製の開始は、多数の複製起点の活性制御を含む、多様で複雑かつ柔軟性を持ったイベントである。この過程には、クロマチンの構造変化が密接に関係していると予想され、実際、染色体のエピジェネティックな状態が複製開始に影響を及ぼすことが多数の研究で示されてきた。本年度の研究で、複製開始において律速となっている因子の高発現が、エピジェネティックに不活化（サイレンシング）されている染色体領域にある、通常活性化しない複製起点の活性化を誘導することを示すことができた。これらの複製因子と染色体クロマチン構造変換を行う因子群との関係を理解するために、同複製因子と相互作用するヒストンアセチル化酵素（HAT）やクロマチンリモデリング因子（CR）の網羅的な探索を行い、複数の因子が相互作用すること、そのうちの幾つかは上記サイレンシングの解除に影響を与えることがわかった。DNA複製に当たっては、その準備や実際のDNA 合成段階で特定のHAT・CRが関与することが知られているが、本研究は、複製起点の活性化においても、HAT・CRが関与していることを示すという新たな発見であり、DNAメタボリズム経路とクロマチンの関係を理解する上で非常に興味深いものである（論文投稿準備中）。

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] Efficient initiation of DNA replication in eukaryotes requires Dpb11/TopBP1-GINS interaction (2013)
  • Author(s): Tanaka, S., Komeda, Y., Umemori, T., Kubota, Y., Takisawa, H. and Araki, H.
  • Journal Title: Mol. Cell. Biol Volume: 33 Issue: 13 Pages: 2614-2622
  • DOI: 10.1128/mcb.00431-13
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Helicase activation and establishment of replication forks at chromosomal origins of replication (2013)
  • Author(s): Seiji Tanaka, Hiroyuki Araki
  • Journal Title: Cold Spring Harbor perspectives in biology Volume: 5 Issue: 12 Pages: a010371-a010371
  • DOI: 10.1101/cshperspect.a010371
  • Peer Reviewed
• [Presentation] ここまで来た! 酵母のタイトな変異体作製法 (2014)
  • Author(s): 田中 誠司
  • Organizer: 第187回酵母細胞研究会例会
  • Place of Presentation: 東京大学大学院農学生命科学研究科 フードサイエンス棟 中島董一郎記念ホール、東京都文京区
  • Year and Date: 2014-12-12
  • Invited
• [Presentation] 網羅的なChIPによるDNA複製開始反応の詳細な解析 (2014)
  • Author(s): 田中 誠司
  • Organizer: 第37回日本分子生物学会年会 ワークショップ
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜、神奈川県横浜市
  • Year and Date: 2014-11-27
  • Invited
• [Presentation] Molecular mechanism that ensures bidirectional initiation of chromosomal DNA replication in budding yeast (2014)
  • Author(s): 荒木 弘之
  • Organizer: The 9th 3R Symposium (International Symposium on DNA Replication, Recombination and Repair)
  • Place of Presentation: 御殿場高原ホテル、静岡県御殿場市
  • Year and Date: 2014-11-21
  • Invited
• [Presentation] Dissection of the initiation reaction of DNA replication by systematic chromatin immunoprecipitation (2014)
  • Author(s): 田中 誠司
  • Organizer: The 9th 3R Symposium (International Symposium on DNA Replication, Recombination and Repair)
  • Place of Presentation: 御殿場高原ホテル、静岡県御殿場市
  • Year and Date: 2014-11-20
• [Presentation] DNA複製開始因子によるクロマチン構造変換制御 (2014)
  • Author(s): 田中 誠司
  • Organizer: 大阪大学蛋白研セミナー：「染色体伝承の分子背景：複製から染色体分離まで」
  • Place of Presentation: 大阪大学蛋白質研究所、大阪府吹田市
  • Year and Date: 2014-09-25
  • Invited
• [Presentation] 改良オーキシンデグロン法（Improved auxin--inducible degron: iAID）によるタイトな酵母変異体の作製とDNA複製開始制御機構解明への適用 (2014)
  • Author(s): 田中 誠司
  • Organizer: 酵母フォーラム
  • Place of Presentation: 東京大学弥生講堂、東京都文京区
  • Year and Date: 2014-09-03
• [Presentation] Dissection of the initiation reaction of DNA replication by systematic chromatin immunoprecipitation (2014)
  • Author(s): 田中 誠司
  • Organizer: FASEB SRC: Yeast Chromosome Structure, Replication and Segregation
  • Place of Presentation: The Steamboat Grand, Steamboat Springs, CO, USA
  • Year and Date: 2014-07-17
• [Presentation] Connection between the initiation of DNA replication and structural change of chromatin (2014)
  • Author(s): Seiji Tanaka
  • Organizer: International conference, Kyoto, 2014: Coupling of replication, repair and transcription, and their common mechanism of chromatin remodeling
  • Place of Presentation: 京都市
  • Invited
• [Presentation] Dpb11/TopBP1–GINS interaction is required for efficient initiation of DNA replication (2013)
  • Author(s): Tanaka S*, Komeda Y, Umemori T, Kubota Y, Takisawa H, Araki H.
  • Organizer: cold Spring Harbor Laboratory meeting: Eukaryotic DNA Replication & Genome Maintenance 2013
  • Place of Presentation: Cold Spring Harbor, NY. USA
• [Presentation] DNA複製開始制御とクロマチン構造変換の接点 (2013)
  • Author(s): 田中誠司
  • Organizer: 遺伝研・研究会「染色体ＤＮＡの安定維持の分子メカニズム」
  • Place of Presentation: 三島市
  • Invited
• [Presentation] DNA複製開始制御とクロマチン構造変換の接点 (2013)
  • Author(s): 田中誠司
  • Organizer: 情報•システム研究機構 新領域融合研究センター 地球生命システム学プロジェクトワークショップ 「微生物ゲノム情報によるパンゲノム解析と新規リソースとしての活用」
  • Place of Presentation: 下田市
• [Presentation] DNA複製開始制御とクロマチン構造変換の接点 (2013)
  • Author(s): 田中 誠司、大浪 真由美、荒木 弘之
  • Organizer: 第36回日本分子生物学会年会 ワークショップ
  • Place of Presentation: 神戸市
  • Invited
• [Book] The Initiation of DNA Replication in Eukaryotes, edited by Daniel L. Kaplan (2015)
  • Author(s): Seiji Tanaka and Hiroyuki Araki
  • Publisher: Springer
• [Book] DNA Replication (Chapter 6. Helicase Activation and Establishment of Replication Forks at Chromosomal Origins of Replication.) (2013)
  • Author(s): Tanaka S, Araki H
  • Total Pages: 561
  • Publisher: Cold Spring Harbor Laboratory Press.
• [Book] 遺伝子図鑑（3-2 細胞周期） (2013)
  • Author(s): 田中誠司
  • Total Pages: 263
  • Publisher: 悠書館
• [Remarks] 国立遺伝学研究所・微生物遺伝研究部門・荒木研究室
  • URL: http://www.nig.ac.jp/section/araki/araki-j.htmlttp://www.nig.ac.jp/section/araki/araki-j.html
• [Remarks] 荒木研究室
  • URL: http://www.nig.ac.jp/labs/MicGen/index.html
• [Remarks] DNA複製：真核生物間で保存された、効率よい複製開始のためのタンパク間相互作用
  • URL: http://www.nig.ac.jp/Research-Highlights/1170/1233.html