Nuclear and chromatin structure dynamics and gene regulatioin

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project Area: Chromatin potential for gene regulation
• Project/Area Number: 18H05527
• 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
• Principal Investigator: Kimura Hiroshi 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 教授 (30241392)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 伊藤 由馬 東京工業大学, 生命理工学院, 助教 (70803245) ; 大川 恭行 九州大学, 生体防御医学研究所, 教授 (80448430)
• Project Period (FY): 2018-06-29 – 2023-03-31
• Keywords: クロマチン / 遺伝子発現 / 転写制御 / エピジェネティクス / ヒストン修飾

Outline of Final Research Achievements

This research aimed to elucidate the function of chromatin structure through histone modifications from the perspective of transcriptional activation potential. Through live-cell imaging of zebrafish embryos, we revealed that histone acetylation enhances the potential for transcriptional activation. We also developed genetically encoded single-stranded variable region antibody probes that specifically recognize phosphorylation of RNA polymerase II at the transcription initiation and elongation stages. Based on the distinct localization and dynamics of transcription initiation and elongation foci in living cells, a model of transcription organization was proposed. In addition, we have developed low-input epigenome analysis techniques.

Free Research Field

分子生物学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

ヒトなどの真核生物の細胞核に存在するDNAはヒストンタンパク質と結合しクロマチン構造をとって存在している。このクロマチン構造が遺伝子発現の制御に働くことが最近明らかになってきたが、生きた細胞中でどのように転写が起こるのについてはよくわかっていない。本研究では、ヒストンや転写を担う酵素であるRNAポリメラーゼIIの翻訳後修飾を生細胞観察することにより、転写の活性化や抑制にヒストン修飾が働くこと、および、転写が開始する場所と伸長する場所が異なることを明らかにした。本研究による転写の基本メカニズムに関する知見は、再生医療や細胞治療などの研究に波及効果がある。