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2014 Fiscal Year Annual Research Report

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

Planned Research

Project AreaDynamic chromatin structure and function
Project/Area Number 25116005
Research InstitutionTokyo Institute of Technology

Principal Investigator

木村 宏  東京工業大学, 生命理工学研究科, 教授 (30241392)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 山縣 一夫  大阪大学, 微生物病研究所, 特任准教授 (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」を行い、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、転写活性化とヒストン修飾の動態に関する研究を主に行った。
活性化型RNAポリメラーゼII(RNAP2)の指標となるリン酸化修飾をFabLEM法により検出し、RNAP2による転写の開始と伸長のキネティクスを生細胞で計測した。転写の開始と伸長時に見られるRNAP2の最大サブユニットのC末端領域(CTD)のセリン残基のリン酸化に修飾に特異的なモノクローナル抗体を作成し、それらの蛍光標識Fabを生細胞計測に用いた。モデル系として、ステロイドホルモンの一種であるグルココルチコイドで誘導される遺伝子アレイの転写活性化を計測した。これらの計測データなどを元に、転写活性化のキネティクパラメータを求めた結果、転写開始の効率が10%程度であるのに対して、開始から伸長への移行は80%以上の高効率で起こることがわかった。さらに、転写活性化のキネティクスにヒストン修飾がどのように影響を与えるのかを調べるたところ、ヒストンH3K27のアセチル化(H3K27ac)がホルモン誘導前から遺伝子アレイ上に濃縮されていることが明らかになった。H3K27acのレベルと転写活性化の関係を解析した結果、ホルモン刺激前にH3K27acレベルが高い細胞では転写因子の遺伝子アレイへの集積とRNAポリメラーゼIIの転写開始から伸長への移行が促進されることが分かった。H3K27acによる転写制御には、アセチル化結合ドメインを持つアセチル化酵素であるp300と巨大転写伸長複合体を介してRNAポリメラーゼIIの伸長反応を促進すると考えられた。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

FabLEM法を用いて、転写活性化におけるヒストン修飾の役割を明らかにした意義は大きいと考えている。

Strategy for Future Research Activity

これまでの研究体制を継続し、培養細胞を用いた系で詳細な解析を行いつつ、動物個体を用いた系で発生や分化に伴うクロマチン動態を明らかにしていく。また、次年度以降は「再構成」系にも取り組む。

  • Research Products

    (36 results)

All 2015 2014 Other

All Journal Article (19 results) (of which Peer Reviewed: 18 results,  Open Access: 8 results,  Acknowledgement Compliant: 8 results) Presentation (15 results) (of which Invited: 15 results) Remarks (2 results)

  • [Journal Article] Phenotype Specific Analyses Reveal Distinct Regulatory Mechanism for Chronically Activated p53.2015

    • Author(s)
      Kirschner K, Samarajiwa SA, Cairns JM, Menon S, Pérez-Mancera PA, Tomimatsu K, Bermejo-Rodriguez C, Ito Y, Chandra T, Narita M, Lyons SK, Lynch AG, Kimura H, Ohbayashi T, Tavaré S, Narita M.
    • Journal Title

      PLoS Genet

      Volume: 11 Pages: e1005053

    • DOI

      10.1371/journal.pgen.1005053.

    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Stella preserves maternal chromosome integrity by inhibiting 5hmC-induced γH2AX accumulation.2015

    • Author(s)
      Nakatani T, Yamagata K, Kimura T, Oda M, Nakashima H, Hori M, Sekita Y, Arakawa T, Nakamura T, Nakano T.
    • Journal Title

      EMBO Rep

      Volume: 17 Pages: e201439427

  • [Journal Article] H3K36 Trimethylation-Mediated Epigenetic Regulation is Activated by Bam and Promotes Germ Cell Differentiation During Early Oogenesis in Drosophila.2015

    • Author(s)
      Mukai M, Hira S, Nakamura K, Nakamura S, Kimura H, Sato M, Kobayashi S.
    • Journal Title

      Biol Open

      Volume: 4 Pages: 119-124

    • DOI

      10.1242/bio.201410850.

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Incorporation of histone H3.1 suppresses the lineage potential of skeletal muscle.2015

    • Author(s)
      Harada A, Maehara K, Sato Y, Konno D, Tachibana T, Kimura H, Ohkawa Y.
    • Journal Title

      Nucleic Acids Res

      Volume: 43 Pages: 775-786

    • DOI

      10.1093/nar/gku1346.

    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Coordinated expression of H3K9 histone methyltransferases during tooth development in mice.2015

    • Author(s)
      Kamiunten T, Ideno H, Shimada A, Nakamura Y, Kimura H, Nakashima K, Nifuji A.
    • Journal Title

      Histochem Cell Biol

      Volume: 143 Pages: 259-266

    • DOI

      10.1007/s00418-014-1284-0.

    • Peer Reviewed
  • [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 Pages: 272-275

    • DOI

      10.1038/nature13714

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Evaluation of chemical fluorescent dyes as a protein conjugation partner for live cell imaging.2014

    • Author(s)
      Hayashi-Takanaka Y, Stasevich TJ, Kurumizaka H, Nozaki N, Kimura H.
    • Journal Title

      PLoS One

      Volume: 9 Pages: e106271

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0106271

    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] DNA methylation reader MECP2: cell type- and differentiation stage-specific protein distribution.2014

    • Author(s)
      Song C, Feodorova Y, Guy J, Peichl L, Jost KL, Kimura H, Cardoso MC, Bird A, Leonhardt H, Joffe B, Solovei I.
    • Journal Title

      Epigenetics Chromatin

      Volume: 7 Pages: 17

    • DOI

      10.1186/1756-8935-7-17.

    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [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 Pages: 77-88

    • DOI

      10.1016/j.ymeth.2014.08.002.

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Adhesion of suspension cells on a coverslip in serum-free conditions.2014

    • Author(s)
      Nakayama T, Mihara K, Kawata J, Kimura H, Saitoh H.
    • Journal Title

      Anal Biochem

      Volume: 466 Pages: 1-3

    • DOI

      10.1016/j.ab.2014.07.023.

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Hierarchical molecular events driven by oocyte-specific factors lead to rapid and extensive reprogramming.2014

    • Author(s)
      Jullien J, Miyamoto K, Pasque V, Allen GE, Bradshaw CR, Garrett NJ, Halley-Stott RP, Kimura H, Ohsumi K, Gurdon JB.
    • Journal Title

      Mol Cell.

      Volume: 55 Pages: 524-536

    • DOI

      10.1016/j.molcel.2014.06.024.

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Nuclear dynamics of topoisomerase IIβ reflects its catalytic activity that is regulated by binding of RNA to the C-terminal domain.2014

    • Author(s)
      Onoda A, Hosoya O, Sano K, Kiyama K, Kimura H, Kawano S, Furuta R, Miyaji M, Tsutsui K, Tsutsui KM.
    • Journal Title

      Nucleic Acids Res

      Volume: 42 Pages: 9005-9020

    • DOI

      10.1093/nar/gku640

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Improved and robust detection of cell nuclei from four dimensional fluorescence images.2014

    • Author(s)
      Bashar MK, Yamagata K, Kobayashi TJ.
    • Journal Title

      PLoS One.

      Volume: 9 Pages: e101891

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0101891.

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Histone H4 Lys 20 monomethylation of the CENP-A nucleosome is essential for kinetochore assembly.2014

    • Author(s)
      Hori T, Shang WH, Toyoda A, Misu S, Monma N, Ikeo K, Molina O, Vargiu G, Fujiyama A, Kimura H, Earnshaw WC, Fukagawa T.
    • Journal Title

      Dev Cell

      Volume: 29 Pages: 740-749

    • DOI

      10.1016/j.devcel.2014.05.001.

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Loss of histone H4K20 trimethylation predicts poor prognosis in breast cancer and is associated with invasive activity.2014

    • Author(s)
      Yokoyama Y, Matsumoto A, Hieda M, Shinchi Y, Ogihara E, Hamada M, Nishioka Y, Kimura H, Yoshidome K, Tsujimoto M, Matsuura N.
    • Journal Title

      Breast Cancer Res

      Volume: 16 Pages: R66.

    • DOI

      10.1186/bcr3681.

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Nucleosomal regulation of chromatin composition and nuclear assembly revealed by histone depletion.2014

    • Author(s)
      Zierhut C, Jenness C, Kimura H, Funabiki H.
    • Journal Title

      Nat Struct Mol Biol

      Volume: 21 Pages: 617-625

    • DOI

      10.1038/nsmb.2845.

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Heterochromatin dynamics during the differentiation process revealed by the DNA methylation reporter mouse, MethylRO.2014

    • Author(s)
      Ueda J, Maehara K, Mashiko D, Ichinose T, Yao T, Hori M, Sato Y, Kimura H, Ohkawa Y, Yamagata K.
    • Journal Title

      Stem Cell Reports

      Volume: 2 Pages: 910-924

    • DOI

      10.1016/j.stemcr.2014.05.008

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Direct evidence for pitavastatin induced chromatin structure change in the KLF4 gene in endothelial cells.2014

    • Author(s)
      Maejima T et al.
    • Journal Title

      PLoS One

      Volume: 9 Pages: e96005

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0096005.

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Glycolytic genes are targets of the nuclear receptor Ad4BP/SF-1.2014

    • Author(s)
      Baba T, Otake H, Sato T, Miyabayashi K, Shishido Y, Wang CY, Shima Y, Kimura H, Yagi M, Ishihara Y, Hino S, Ogawa H, Nakao M, Yamazaki T, Kang D, Ohkawa Y, Suyama M, Chung BC, Morohashi K.
    • Journal Title

      Nat Commun

      Volume: 5 Pages: 3634

    • DOI

      10.1038/ncomms4634.

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Visualization of Dynamics of Methylated DNA in living cell and animal.2015

    • Author(s)
      Kazuo Yamagata
    • Organizer
      International Symposium on Bio-imaging and Gene Targeting Sciences in Okayama
    • Place of Presentation
      岡山
    • Year and Date
      2015-02-15
    • Invited
  • [Presentation] メチローマウスで動くメチル化DNAを追う2015

    • Author(s)
      山縣一夫
    • Organizer
      "平成26年度基礎生物学研究所重点共同利用研究
    • Place of Presentation
      岡崎
    • Year and Date
      2015-01-19
    • Invited
  • [Presentation] Tracking functional chromatin components in living cells and organisms2014

    • Author(s)
      Hiroshi Kimura
    • Organizer
      4D Nucleome meeting
    • Place of Presentation
      広島
    • Year and Date
      2014-12-17 – 2014-12-19
    • Invited
  • [Presentation] Tracking epigenetic modifications and transcription activity in living cells and organisms2014

    • Author(s)
      Hiroshi Kimura
    • Organizer
      8th International Symposium on Nanomedicine
    • Place of Presentation
      松山
    • Year and Date
      2014-12-04 – 2014-12-06
    • Invited
  • [Presentation] 初期胚の高精細イメージングで見えてくるもの2014

    • Author(s)
      山縣一夫
    • Organizer
      第59回本生殖医学会学術講演会
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      2014-12-03 – 2014-12-05
    • Invited
  • [Presentation] 発生過程や刺激に応答した転写活性化とヒストン修飾の動態2014

    • Author(s)
      木村 宏、スタセビッチ ティモシー、佐藤優子
    • Organizer
      第37回日本分子生物学会年会
    • Place of Presentation
      横浜
    • Year and Date
      2014-11-25 – 2014-11-27
    • Invited
  • [Presentation] Regulation of Transcription Cycle by Histone Modifications in Living Cells2014

    • Author(s)
      Hiroshi Kimura
    • Organizer
      The International Symposium on Transcription Cycle 2014
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      2014-11-24
    • Invited
  • [Presentation] Histone modification and transcription dynamics in living cells and organisms2014

    • Author(s)
      Hiroshi Kimura
    • Organizer
      The 9th 3R Symposium
    • Place of Presentation
      御殿場
    • Year and Date
      2014-11-17 – 2014-11-21
    • Invited
  • [Presentation] メチローで 動くメチル化DNAを追う2014

    • Author(s)
      山縣一夫
    • Organizer
      第87回日本生化学会大会
    • Place of Presentation
      京都
    • Year and Date
      2014-10-15 – 2014-10-18
    • Invited
  • [Presentation] ヒストンとRNAポリメラーゼの翻訳後修飾の生細胞・生体内計測2014

    • Author(s)
      木村 宏
    • Organizer
      第52回日本生物物理学会年会
    • Place of Presentation
      札幌
    • Year and Date
      2014-09-25 – 2014-09-27
    • Invited
  • [Presentation] 発生・分化に伴うヒストン修飾のダイナミクス2014

    • Author(s)
      木村 宏
    • Organizer
      第56回歯科基礎医学会学術大会
    • Place of Presentation
      福岡
    • Year and Date
      2014-09-25 – 2014-09-27
    • Invited
  • [Presentation] ヒストン修飾翻訳後修飾と転写の生細胞動態2014

    • Author(s)
      木村 宏
    • Organizer
      第14回蛋白質科学会年会
    • Place of Presentation
      横浜
    • Year and Date
      2014-06-25 – 2014-06-27
    • Invited
  • [Presentation] ライブセルイメージングで「卵子の質」を定量化する2014

    • Author(s)
      山縣一夫
    • Organizer
      第66回日本細胞生物学会大会
    • Place of Presentation
      奈良
    • Year and Date
      2014-06-11 – 2014-06-13
    • Invited
  • [Presentation] Quantification of embryo quality by live-cell imaging2014

    • Author(s)
      Kazuo Yamagata
    • Organizer
      47th Annual Meeting of the Japanese Society of Developmental Biologists
    • Place of Presentation
      名古屋
    • Year and Date
      2014-05-27 – 2014-05-30
    • Invited
  • [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
      第55回日本卵子学会
    • Place of Presentation
      神戸
    • Year and Date
      2014-05-17 – 2014-05-18
    • Invited
  • [Remarks] 東京工業大学大学院生命理工学研究科 木村宏研究室

    • URL

      http://kimura-lab.bio.titech.ac.jp/

  • [Remarks] 東京工業大学大学院生命理工学研究科 木村宏研究室

    • URL

      http://www.bio.titech.ac.jp/laboratory/kimura-kajikawa/kimura/index.html

URL: 

Published: 2016-06-01  

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