2018 Fiscal Year Research-status Report
Roles of nucleolar factors in DNA methylation during leaf development
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18K06297
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| Research Institution | Chubu University |
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Principal Investigator |
町田 千代子 中部大学, 応用生物学部, 教授 (70314060)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
高橋 広夫 金沢大学, 薬学系, 准教授 (30454367)
町田 泰則 名古屋大学, 理学研究科, 研究員 (80175596)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | シロイヌナズナ / 葉の発生分化 / エピジェネティック制御 / DNAメチル化 / 核小体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
多細胞生物の形態形成においては、発生過程において特定の遺伝子を発現すると同時に、細胞特異的なエピジェネティックな抑制が重要である。我々は、シロイヌナズナのASYMMETRIC LEAVES1 (AS1)とAS2のタンパク質複合体（AS1-AS2）が葉の向軸（表）側分化の鍵因子であり、表側細胞分化過程では、背軸（裏）側遺伝子であるETT/ARF3（以降は ARF3）の転写を直接抑制することにより表側分化を誘導する事を明らかにした。さらに、AS1-AS2と核小体のタンパク質が協調的に作用することにより、より強く背軸（裏）側遺伝子を抑制することを明らかにしたが、その分子機構は未解明である。本研究ではAS1-AS2と核小体局在因子による協調的なエピジェネティック転写抑制の分子機構を解明する事を目的とした。第一に、AS2タンパク質のAS2ドメイン内のZinc-finger motif (ZF-motif)はAS2 body 形成に必須であり（submitted）、ARF3遺伝子のexon領域への結合に必要であることが明らかになった。第二に、AS1-AS2 と相互作用する核小体側因子NUC1の変異体におけるAS2 body形成を解析した所、野生型に比較して、AS2 bodyが小さく、核小体周縁部に散在している事がわかった。第三に、核小体因子NUC1とRH10の変異体では、ARF3遺伝子のexon 6のメチル化レベルが低下した（Vial-Pradel et al., 2018）。また、AS2 bodyはこれまで報告されている核内正体とは異なる事もわかった。これらの結果は、核小体周辺領域に存在するAS2 bodyは、AS1-AS2と核小体因子等による標的遺伝子のDNAメチル化などのエピジェネティックな発現抑制の場であるというモデルを支持する。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
これまで得られた結果は、核小体周辺領域に存在するAS2 bodyが、AS1-AS2と核小体因子等による標的遺伝子のDNAメチル化などのエピジェネティックな発現抑制の場であるというモデルを支持している。また、核小体の発生分化における役割を明らかにできると期待される。第一に、AS2がARF3遺伝子のexon 1領域へ特異的に結合する事、その結合には、AS2ドメイン内のZinc-finger motif (ZF-motif)が必要であることを明らかにした。AS1-AS2 は、維持メチル化酵素MET1依存的な ARF3のコード領域（gene body）exon 6のDNAメチル化にも必要であることはすでに報告した（Iwasaki et al., Development 2013）が、さらに、核小体因子NUC1とRH10の変異体では、ARF3遺伝子のexon 6のメチル化レベルが低下したことがわかった。これらの結果は、Plant Cell Physiologyの７月号（July 2018, Vol.59, Issue 7）に掲載され、この号のEditor's Choiceに選ばれた。また、Commentaryとして、特別に解説された。さらに、トップページの、Research Highlightでも紹介された。第二に、AS1-AS2 と相互作用する核小体側因子NUC1の変異体におけるAS2 body形成を解析した所、野生型に比較して、AS2 bodyが小さく、核小体周縁部に散在している事がわかった。また、AS2 bodyはこれまで報告されている核内小体とは異なる事もわかり、論文投稿準備中である。これらの結果が得られ、当初の計画以上の進展であった。
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| Strategy for Future Research Activity |
我々はAS1-AS2 には標的遺伝子（ARF3 など）を核小体周辺領域にリクルートする機能があり、核小体周辺領域に存在するAS2 bodyは、AS1-AS2と核小体因子等による標的遺伝子のDNAメチル化などのエピジェネティックな発現抑制の場であるというモデルを提案した。これまでの我々の結果は、基本的にこのモデルを支持するものである。
今後は、第一に、AS2ドメイン内の保存されたGlyを含むInternal region（IcG-region）、Leucine-Zipper-like sequence（LZL-sequence）についても、AS2 body形成とETT exon 1への結合における機能解明を行う。また、AS2によるETT exon 1（CpGリピート）への結合とexon 6のDNAメチル化（CpGのシトシンのメチル化）との関連を明らかにする。第二に、AS1-AS2 と相互作用する核小体側因子を明らかにする。NUC1以外に、RH10、RID2の変異体におけるAS2 body形成を解析する。第三に、AS2 bodyとクロモセンター（核内の凝縮したクロマチン）との関連を明らかにする。これらを明らかにする事により、植物の発生分化過程におけるエピジェネティックな遺伝子の抑制制御における核小体の新しい役割を解明する。
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| Causes of Carryover |
DNAメチル化解析のために次世代シーケンスを発注する予定であったが、シロイヌナズナの変異体の生育が悪く十分なDNAが得られなかったため、サンプルの作成が遅れ、次年度に繰り越した。変異体の種子を取り直して、再度、播種し、サンプリングを行い、DNAを精製しバイサルファイト処理後、DNAのメチル化解析を行う予定である。
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[Journal Article] Arabidopsis Zinc-Finger-Like Protein ASYMMETRIC LEAVES2 (AS2) and Two Nucleolar Proteins Maintain Gene Body DNA Methylation in the Leaf Polarity Gene ETTIN (ARF3)2018
Author(s)
Vial-Pradel S., Keta S., Nomoto M., Luo L., Takahashi H., Suzuki M., Yokoyama Y., Sasabe M., Kojima S., Tada Y., Machida Y., Machida C.
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Journal Title
Plant and Cell Physiology
Volume: 59
Pages: 1385-1397
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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