計測と再構築による生細胞内クロマチンダイナミクスの高次元的理解

2013 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Dynamic chromatin structure and function
• Project/Area Number: 25116005
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 木村 宏 大阪大学, 生命機能研究科, 准教授 (30241392)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 山縣 一夫 大阪大学, 微生物病研究所, 准教授 (10361312)
• Project Period (FY): 2013-06-28 – 2018-03-31
• Keywords: 発生・分化 / ゲノム / 細胞・組織 / バイオテクノロジー / シグナル伝達 / 遺伝子発現制御 / クロマチン / エピジェネティクス

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、クロマチン動態の正確な「計測」と再構成ポリヌクレオソームを用いた「再構築」により、生細胞や生物個体におけるクロマチンの動的変化とその機能発現における意義を明らかにすることを目的として行っている。本年度は、ヒストン翻訳後修飾とDNAメチル化の生体計測系の開発を主に行った。
ヒストン修飾に関しては、H4K20モノメチル化の可視化プローブ（H4K20me1-mintbody）を発現するノックインマウスに加えて、H3K9アセチル化の可視化プローブ（H3K9ac-mintbody）を発現するマウスを作成した。また、FabLEM（Fab-based live endogenous modification labeling）法に用いる蛍光標識Fabの作成の最適化のために、生細胞内で使用可能な蛍光色素の探索を行った。
マウス生体内のDNAメチル化動態の解析に関しては、メチル化DNAを認識するMBD1（Methyl-CpG Binding Domain protein 1）蛋白質のMBDドメインにmCherryを融合したプローブを全身で発現するマウス（MethylROと命名）を作製した。このマウスの着床前初期胚発生過程及びES細胞の樹立過程の長期間にわたって生細胞イメージングを行うことで、細胞分化が進行するに伴って特にセントロメア領域のDNAメチル化が上昇し、かつヘテロクロマチン構造が形成されていく様子を捉えることに成功した。また、MethylROマウスを用いて、イメージングのみならずmCherry抗体を用いたChIP-seqによりマウス個体での任意の組織におけるDNAメチル化領域も明らかにできることを示した

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

ヒストン修飾とDNAメチル化の可視化プローブを発現するマウスを作成し、特にDNAメチル化の動態解析が進んだ。また、培養細胞系においてもFabLEM法をさらに最適化した。

Strategy for Future Research Activity

今後も予定通り研究を進める。マウスの解析は時間がかかるため、長期的な視点で研究を進める一方で、培養細胞系に関しては、詳細なキネティクスの解析を行う。

Research Products

• [Journal Article] NEAT1 long noncoding RNA regulates transcription via protein sequestration within (2014)
  • Author(s): Hirose T, Virnicchi G, Tanigawa A, Naganuma T, Li R, Kimura H, Yokoi T, Nakagawa S, Bénard M, Fox AH, Pierron G.
  • Journal Title: Mol Biol Cell. Volume: 25 Pages: 169-183
  • DOI: 10.1091/mbc.E13-09-0558.
  • Peer Reviewed
• [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.Arimura Y
  • Journal Title: Sci Rep Volume: 3 Pages: 3510
  • DOI: 10.1038/srep03510
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Structural polymorphism in the L1 loop regions of human H2A.Z.1 and H2A.Z.2. (2013)
  • Author(s): Horikoshi N, Sato K, Shimada K, Arimura Y, Osakabe A, Tachiwana H, Hayashi-Takanaka Y, Iwasaki W, Kagawa W, Harata M, Kimura H, Kurumizaka H.
  • Journal Title: Acta Crystallogr D Biol Crystallogr. Volume: 69 Pages: 2431-2439
  • DOI: 10.1107/S090744491302252X
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Myelodysplastic syndromes are induced by histone methylation–altering ASXL1 mutations (2013)
  • Author(s): Inoue D, Kitaura J, Togami K, Nishimura K, Enomoto Y, Uchida T, Kagiyama Y, Kawabata KC, Nakahara F, Izawa K, Oki T, Maehara A, Isobe M, Tsuchiya A, Harada Y, Harada H, Ochiya T, Aburatani H, Kimura H, Thol F, Heuser M, Levine RL, Abdel-Wahab O, Kitamura T.
  • Journal Title: J Clin Invest Volume: 123 Pages: 4627-4640
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Latrunculin A treatment prevents abnormal chromosome segregation for successful development of cloned embryos. (2013)
  • Author(s): Terashita Y, Yamagata K, Tokoro M, Itoi F, Wakayama S, Li C, Sato E, Tanemura K, Wakayama T.
  • Journal Title: PLoS One Volume: 8 Pages: e78380
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0078380.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] JMJD1C, a JmjC domain-containing protein, is required for long-term maintenance of male germ cells in mice. (2013)
  • Author(s): Kuroki S, Akiyoshi M, Tokura M, Miyachi H, Nakai Y, Kimura H, Shinkai Y, Tachibana M.
  • Journal Title: Biol Reprod Volume: 89 Pages: 93
  • DOI: 10.1095/biolreprod.113.108597.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Epigenetics of eu- and heterochromatin in inverted and conventional nuclei from mouse retina. (2013)
  • Author(s): Eberhart A, Feodorova Y, Song C, Wanner G, Kiseleva E, Furukawa T, Kimura H, Schotta G, Leonhardt H, Joffe B, Solovei I.
  • Journal Title: Chromosome Res Volume: 21 Pages: 535-554
  • DOI: 10.1007/s10577-013-9375-7.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Enhanced chromatin dynamics by FACT promotes transcriptional restart after UV-induced DNA damage. (2013)
  • Author(s): Dinant C, Ampatziadis-Michailidis G, Lans H, Tresini M, Lagarou A, Grosbart M, Theil AF, van Cappellen WA, Kimura H, Bartek J, Fousteri M, Houtsmuller AB, Vermeulen W, Marteijn JA.
  • Journal Title: Mol Cell Volume: 51 Pages: 469-479
  • DOI: 10.1016/j.molcel.2013.08.007.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Redistribution of the Lamin B1 genomic binding profile affects rearrangement of heterochromatic domains and SAHF formation during senescence. (2013)
  • Author(s): Sadaie M, Salama R, Carroll T, Tomimatsu K, Chandra T, Young AR, Narita M, Pérez-Mancera PA, Bennett DC, Chong H, Kimura H, Narita M.
  • Journal Title: Genes Dev Volume: 27 Pages: 1800-1808
  • DOI: 1101/gad.217281.113.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] In aggressive variants of non-Hodgkin lymphomas, Ezh2 is strongly expressed and polycomb repressive complex PRC1.4 dominates over PRC1.2. (2013)
  • Author(s): Abd Al Kader L, Oka T, Takata K, Sun X, Sato H, Murakami I, Toji T, Manabe A,
  • Journal Title: Virchows Arch Volume: 463 Pages: 697-711
  • DOI: 10.1007/s00428-013-1428-y.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Genetically encoded system to track histone modification in vivo. (2013)
  • Author(s): Sato Y, Mukai M, Ueda J, Muraki M, Stasevich TJ, Horikoshi N, Kujirai T, Kita H, Kimura T, Hira S, Okada Y, Hayashi-Takanaka Y, Obuse C, Kurumizaka H, Kawahara A, Yamagata K, Nozaki N, Kimura H.
  • Journal Title: Sci Rep Volume: 3 Pages: 2436
  • DOI: 10.1038/srep02436.
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] ライブセルイメージングで「卵子の質」を評価する (2014)
  • Author(s): 山縣一夫
  • Organizer: 日本受精着床学会 第10回ART生涯研修コース
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2014-03-02
  • Invited
• [Presentation] 生細胞におけるヒストンH3アセチル化による転写活性化の二段階制御 (2013)
  • Author(s): 木村 宏
  • Organizer: 第36回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 神戸
  • Year and Date: 2013-12-03 – 2013-12-06
  • Invited
• [Presentation] 初期胚の「質」を定量化することで不妊を知る (2013)
  • Author(s): 山縣一夫
  • Organizer: 日本動物学会 第84回 岡山大会
  • Place of Presentation: 岡山
  • Year and Date: 2013-09-26 – 2013-09-28
  • Invited
• [Presentation] 生細胞解析により明らかとなったヒストン修飾による転写活性化の二段階制御 (2013)
  • Author(s): 木村 宏
  • Organizer: 日本遺伝学会第85回大会
  • Place of Presentation: 横浜
  • Year and Date: 2013-09-19 – 2013-09-21
  • Invited
• [Presentation] Imaging global epigenetic dynamics during mouse pre-implantation development (2013)
  • Author(s): 山縣一夫
  • Organizer: 日本遺伝学会 第85回大会
  • Place of Presentation: 横浜
  • Year and Date: 2013-09-19 – 2013-09-20
  • Invited
• [Presentation] ストレス応答とクロマチン修飾動態の生細胞解析 (2013)
  • Author(s): 木村 宏
  • Organizer: 第86回生化学会大会
  • Place of Presentation: 横浜
  • Year and Date: 2013-09-11 – 2013-09-13
  • Invited
• [Presentation] 働き者と怠け者をどう見分けるか？ (2013)
  • Author(s): 木村 宏
  • Organizer: 2013年イメージング若手の会
  • Place of Presentation: 千葉県野田市
  • Year and Date: 2013-09-07 – 2013-09-08
• [Presentation] Bimodal regulation of RNA polymerase II transcription kinetics by histone acetylation in single living cells (2013)
  • Author(s): Hiroshi Kimura and Timothy J. Stasevich
  • Organizer: 23th Wilhelm Bernhard Workshop on the cell nucleus
  • Place of Presentation: Debrecen, Hungary
  • Year and Date: 2013-08-19 – 2013-08-23
  • Invited
• [Presentation] ライブセルイメージングで「卵子の質」を評価する (2013)
  • Author(s): 山縣一夫
  • Organizer: 第31回日本受精着床学会総会・学術講演会
  • Place of Presentation: 別府
  • Year and Date: 2013-08-08 – 2013-08-09
  • Invited
• [Presentation] Abnormal Chromosome Segregation at Early Cleavage is a Major Cause of the Full-term Developmental Failure of Mouse Clones (2013)
  • Author(s): 山縣一夫
  • Organizer: The 61st NIBB Conference "Cellular Community in Mammalian Embryogenesis"細胞コミュニティ国際会議
  • Place of Presentation: 岡崎
  • Year and Date: 2013-07-10 – 2013-07-12
• [Book] エピジェネティクス―基礎研究から産業応用への展望―（畑田出穂、久保田健夫／編） (2014)
  • Author(s): 佐藤優子、木村宏
  • Total Pages: 393
  • Publisher: シーエムシー出版
• [Book] 遺伝子医学MOOK「エピジェネティクスと病気」（佐々木裕之／監、中尾光善・中島欣一／編） (2013)
  • Author(s): 木村 宏、佐藤優子
  • Total Pages: 280
  • Publisher: メディカル・ドゥ
• [Book] エピジェネティクスキーワード事典（牛島俊和・眞貝洋一／編） (2013)
  • Author(s): 木村 宏
  • Total Pages: 315
  • Publisher: 羊土社
• [Book] 染色体と細胞核のダイナミクス（平岡 泰・原口徳子／編） (2013)
  • Author(s): 木村 宏、胡桃坂仁志
  • Total Pages: 224
  • Publisher: 化学同人
• [Remarks] 東京工業大学 木村研究室
  • URL: http://kimura-lab.bio.titech.ac.jp/
• [Remarks] 東京工業大学 生命理工学研究科 木村宏研究室
  • URL: http://www.bio.titech.ac.jp/laboratory/kimura-kajikawa/kimura/index.html