Kinetic analysis of gene expression regulation using visualization and epigenomic manipulation of specific genomic regions

2020 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 17K17719
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Research Field: Cell biology; Molecular biology
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: Handa Tetsuya 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 特任助教 (40772570)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: エピジェネティクス / 遺伝子発現制御 / ヒストン修飾 / クロマチン / 生細胞イメージング / CRISPR/Cas9 / エピゲノム編集 / RNA Polymerase 2

Outline of Final Research Achievements

We investigated the dynamics of chromatin structural changes and transcriptional activation in live-cell imaging by combining post-translational modification specific probes against histone and RNA Polymerase 2 (RNAPol2) with CRISPR/Cas9-based visualization of specific genomic regions and manipulation of the epigenome. The histone acetylation including H3K27ac preceded and was independent of activation of RNAPol2. The chromatin structure changed and the mobility correlated with histone modifications and RNAPol2 states.

Free Research Field

細胞生物学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究課題では、従来の細胞を固定するようなスナップショット的な解析では理解が進んでいなかった、環境応答や細胞分化の際にクロマチン構造がどのように変化し、遺伝子発現が制御されているのかという問題に取り組んだ。反応過程の経路図的な理解にとどまらず、ヒストン修飾を介したクロマチンの運動性制御とRNAPol2活性化との相関など、転写制御の新たな側面の発見につながった。また、人為的な遺伝子発現制御は細胞の形質を操作するための技術として重要であり、将来的な高効率な細胞の分化誘導やリプロクグラミングの基盤技術開発につながることが期待でき、再生医療等にも広く波及効果を及ぼすと考えられる。