多様な利己的DNaseがゲノム切断で作り出す生・死・進化の分岐点

2009 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21370001
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 小林 一三 東京大学, 大学院・新領域創成科学研究科, 教授 (30126057)
• Keywords: ゲノム構築 / ゲノム再編 / ゲノム維持 / ゲノム進化

Research Abstract

1.綱引き型制限酵素の複製フォークの切断
モデルDNA複製フォークを綱引き型制限酵素が切断するかを検討した。1型制限酵素EcoR124Iが、フォーク分岐点を切断することを証明した。DNA損傷時に細胞死を起こさせるという役割を提唱した。
2.超利己的なDNA切断酵素遺伝子の存続条件
ホーミングエンドヌクレアーゼ遺伝子という超利己的な遺伝子の集団中での存続条件を理論的に示した。コストを考えれば、集団間の水平遺伝子伝達が無くても、長期に存続できる。
3.網羅的なゲノム比較解析による、制限修飾遺伝子とゲノム再編の関わりの解明
近縁細菌のゲノム間で網羅的ゲノム比較を行い、大規模ゲノム多型(挿入欠失、置換、逆位)に連鎖している制限修飾系遺伝子を探索した。「長い標的配列の繰り返しを伴う挿入」を、II型、I型、III型、IV型の制限系について発見した。制限修飾系が繰り返し配列に挟まれていることが多い事を示した。逆向き繰り返し配列に挟まれたDNA型トランスポゾン様の制限修飾遺伝子、サイト特異的組み換え酵素遺伝子ホモログとともに挿入されている制限修飾系遺伝子ホモログなど、制限修飾遺伝子の動く遺伝子としてのあらたな形を発見した。それらのうち別のファミリーのISの順向き配列に挟まれた形のものについて、中の遺伝子がコードする制限酵素R.PluTIを精製し、認識配列と切断サイトを決定した。反応機構を解析しIIF型であることを示した。新しい基本立体構造の可能性が示唆された。大量精製し結晶構造解析を開始した。隣接修飾遺伝子ホモログの発現実験から、それらが制限修飾系を作ることを示した。種内比較から、染色体逆位に連鎖したDNA重複機構を発見した。
4.スモールRNAによる発現制御
EcoRI遺伝子内の逆向きのプロモーターからのアンチセンスRNAが、修飾遺伝子プロモーターからの発現へ影響することを発見した。

Research Products

• [Journal Article] Conflicts targeting epigenetic systems and their resolution by cell death : novel concepts for methyl-specific and other restriction systems. (2010)
  • Author(s): Ken Ishikawa, Eri Fukuda, Ichizo Kobayashi.
  • Journal Title: DNA Research Volume: 17(5)(印刷中(掲載確定))
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Genome comparison and context analysis reveals putative mobile forms of restriction-modification systems and related rearrangements. (2010)
  • Author(s): Yoshikazu Furuta, Kentaro Abe, Ichizo Kobayashi.
  • Journal Title: Nucleic Acids Research Volume: 38 Pages: 2428-2443
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A putative mobile genetic element carrying a novel Type IIF restriction-modification system (PluTI). (2010)
  • Author(s): Feroz Khan, Yoshikazu Furuta, Mikihiko Kawai, Katarzyna Kaminska, Ken Ishikawa, Janusz Bujnicki, Ichizo Kobayashi.
  • Journal Title: Nucleic Acids Research Volume: 38 Pages: 3019-3030
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Random-Walk Mechanism in the Genetic Recombination. (2010)
  • Author(s): Youhei Fujitani, Junji Kawai, Ichizo Kobayashi.
  • Journal Title: Advances in Computational Biology (series : Advances in Experimental Medicine and Biology), Springer Volume: 680 Pages: 275-282
• [Journal Article] 超利己的遺伝子の自律的進化:ホーミング・エンドヌクレアーゼ遺伝子は閉じた集団でどう生き延びるか (2010)
  • Author(s): 矢原耕史、小林一三
  • Journal Title: 細胞工学 Volume: 29(2) Pages: 190-195
• [Journal Article] Evolutionary maintenance of selfish homing endonuclease genes in the absence of horizontal transfer. (2009)
  • Author(s): Koji Yahara, Masaki Fukuyo, Akira Sasaki, Ichizo Kobayashi.
  • Journal Title: Proc.Nat.Acad.Sci.USA Volume: 106 Pages: 18861-18866
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] DNA Double-strand Breaks and their Consequences in Bacteria. (2009)
  • Author(s): Ichizo Kobayashi, Naofumi Handa.
  • Journal Title: Encyclopedia of Life Sciences (John Wiley & Sons, Ltd) Volume: DOI:10.1002/9780470015902.a0000576.pub2
  • DOI: 10.1002/9780470015902.a0000576.pub2
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Cell-free protein synthesis for structure determination by X-ray crystallography (2009)
  • Author(s): Miki Watanabe-Matsui, Ken-ichi Miyazono, Masaru Tanokura, Tatsuya Sawasaki, Yaeta Endo, Ichizo Kobayashi.
  • Journal Title: Cell-Free Protein Production : Methods and Protocols Volume: 607 Pages: 149-160
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Cleavage of a model DNA replication fork by a Type I restriction endonuclease (2009)
  • Author(s): Ken Ishikawa, Naofumi Handa, Ichizo Kobayashi.
  • Journal Title: Nucleic Acids Research Volume: 37(11) Pages: 3531-3544
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] From Damaged Genome to Cell Surface : Transcriptome Changes during Bacterial Cell Death Triggered by Loss of a Restriction-modification Gene Complex (2009)
  • Author(s): Yoko Asakura, Ichizo Kobayashi.
  • Journal Title: Nucleic Acids Research Volume: 37(9) Pages: 3021-31
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] ゲノムDNA二重鎖切断とその修復の高感度検出法の開発 (2009)
  • Author(s): 小林一三、半田直史、河合幹彦、高橋規子、福田江里
  • Journal Title: Proceedings of the twenty-fifth Space Utilization Symposium, Space Utilization Research Volume: 25 Pages: 39-41
• [Presentation] ゲノムDNAの逆位に伴った遺伝子の重複と崩壊 (2010)
  • Author(s): 小林一三、古田芳一、河合幹彦、矢原耕史、高橋規子、半田直史、鶴剛史、大島健志朗、吉田優、東健、服部正平、内山郁夫
  • Organizer: 日本遺伝学会第82回大会、1A-02
  • Place of Presentation: 札幌
  • Year and Date: 20100920-20100922
• [Presentation] Genome rearrangements revealed through comparison of four complete genomes of Japanese Helicobacter pylori (2010)
  • Author(s): Yoshikazu Furuta, Mikihiko Kawai, Koji Yahara, Takeshi Tsuru, Noriko Takahashi, Naofumi Handa, Kenshiro Oshima, Masahira Hattori, Masaru Yoshida, Takeshi Azuma, Ikuo Uchiyama, Ichizo Kobayashi
  • Organizer: XXIIIrd International Workshop on Helicobacter and related bacteria in chronic digestive inflammation and gastric cancer, W7.2
  • Place of Presentation: Rotterdam, The Netherlands
  • Year and Date: 20100916-20100918
• [Presentation] Comparison of four complete genomes of Japanese Helicobacter pylori : Genome rearrangements and genomic islands (2010)
  • Author(s): Yoshikazu Furuta, Mikihiko Kawai, Koji Yahara, Takeshi Tsuru, Noriko Takahashi, Naofumi Handa, Kenshiro Oshima, Masahira Hattori, Masaru Yoshida, Takeshi Azuma, Ikuo Uchiyama, Ichizo Kobayashi
  • Organizer: Infectious Disease Genomics & Global Health 2010, 32
  • Place of Presentation: Hinxton, UK(ポスター発表)
  • Year and Date: 20100912-20100915
• [Presentation] ピロリ菌10株のゲノム比較によるゲノム再編の検出 (2010)
  • Author(s): 河合幹彦、古田芳一、矢原耕史、鶴剛史、高橋規子、半田直史、大島健志朗、服部正平、吉田優、東健、内山郁夫、小林一三
  • Organizer: 第12回日本進化学会大会、OP4-8
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 20100802-20100805
• [Presentation] Why DNA tracking by restriction endonucleases? Cleavage of a model replication fork by a type I restriction endonuclease (2010)
  • Author(s): Ken Ishikawa, Naofumi Handa, Ichizo Kobayashi.
  • Organizer: 6th New England Biolabs Meeting on Restriction/Modification, P20
  • Place of Presentation: Bremen, Germany(ポスター発表)
  • Year and Date: 20100801-20100806
• [Presentation] ピロリ菌10株のゲノム比較解析 (2010)
  • Author(s): 古田芳一,東健,小林一三
  • Organizer: 第16回日本ヘリコバクター学会学術集会
  • Place of Presentation: 京都(ポスター発表)
  • Year and Date: 20100624-20100625
• [Presentation] ゲノム比較による新規構造機能を持つDNA結合タンパク質の探索:新しい動く遺伝子単位と制限酵素R.PluTI (2010)
  • Author(s): Feroz Khan, 古田芳一, 河合幹彦, Katarzyna H.Kaminska, 石川健, Janusz M.Bujnicki, 小林一三
  • Organizer: 日本農芸化学会総会
  • Place of Presentation: 東京(ポスター発表)
  • Year and Date: 20100328-20100330
• [Presentation] ゲノム比較による新規構造機能を持つDNA結合タンパク質の探索:新しい動く遺伝子単位と制限酵素R.PluTI (2010)
  • Author(s): Khan Feroz、古田芳一、河合幹彦、Kaminska Katarzyna、石川健、Bujnicki Janusz、小林一三
  • Organizer: 日本農芸化学会2010年度大会、3AFp18
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 20100327-20100330
• [Presentation] ピロリ菌10株のゲノム比較によるゲノム再編の検出 (2010)
  • Author(s): 河合幹彦、古田芳一、鶴剛史、半田直史、小林一三
  • Organizer: 第83回日本細菌学会年会
  • Place of Presentation: 横浜市パシフィコ横浜(ポスター発表)
  • Year and Date: 20100327-20100329
• [Presentation] Restriction-modification Systems as Selfish Mobile Elements (2010)
  • Author(s): Ichizo Kobayashi
  • Organizer: PepCon-2010 : After a Solution for the Machines of Life
  • Place of Presentation: Beijing, China
  • Year and Date: 20100320-20100322
• [Presentation] 多数株の種内比較によるゲノム進化ダイナミクス解析 (2010)
  • Author(s): 河合幹彦、矢原耕史、古田芳一、鶴剛史、半田直史、高橋規子、大島健志朗、服部正平、吉田優、東健、内山郁夫、小林一三
  • Organizer: 第4回日本ゲノム微生物学会年会
  • Place of Presentation: 九州大学、福岡(ポスター発表)
  • Year and Date: 20100307-20100309
• [Presentation] ピロリ菌10株のゲノム比較によるゲノム再編の検出 (2010)
  • Author(s): 河合幹彦、矢原耕史、古田芳一、鶴剛史、半田直史、高橋規子、大島健志朗、服部正平、吉田優、東健、内山郁夫、小林一三
  • Organizer: 第4回日本ゲノム微生物学会年会
  • Place of Presentation: 九州大学、福岡(ポスター発表)
  • Year and Date: 20100307-20100309
• [Presentation] H.pylori evolution : clues from Japanese isolates' genomesSelfish restriction systems switching on bacterial death program (2010)
  • Author(s): Mikihiko Kawai, Koji Yahara, Yoshikazu Furuta, Takeshi Tsuru, Naofumi Handa, Noriko Takahashi, Kenshiro Oshima, Masaru Yoshida, Takeshi Azuma, Masahira Hattori, Ikuo Uchiyama, Ichizo Kobayashi
  • Organizer: Hannover Medical School
  • Place of Presentation: Hannover, Germany
  • Year and Date: 2010-08-06
• [Presentation] Selfish restriction systems switching on bacterial death program (2010)
  • Author(s): Ichizo Kobayashi
  • Organizer: 6th New England Biolabs Meeting on DNA Restriction and Modification
  • Place of Presentation: Bremen, Germany
  • Year and Date: 2010-08-04
• [Presentation] Selfish restriction systems switching on bacterial death program (2010)
  • Author(s): Ichizo Kobayashi
  • Organizer: International Institute of Molecular and Cellular Biology, Warsaw
  • Place of Presentation: Warsaw, Poland
  • Year and Date: 2010-07-30
• [Presentation] 発ガン細菌ゲノム:ピロリ菌日本株4株の全ゲノム解読解析と種内比較 (2010)
  • Author(s): 小林一三
  • Organizer: 第83回日本細菌学会総会W12「超高速ゲノム解読時代における細菌学研究」
  • Place of Presentation: 横浜
  • Year and Date: 2010-03-28
• [Presentation] Complete genome sequences of multiple East Asian Helicobacter pylori strains reveals their co-evolution with human populations. (2010)
  • Author(s): Ichizo Kobayashi, Mikihiko Kawai, Koji Yahara, Yoshikazu Furuta, Takeshi Tsuru, Naofumi Handa, Noriko Takahashi, Kenshiro Oshima, Masaru Yoshida, Takeshi Azuma, Masahira Hattori, Ikuo Uchiyama.
  • Organizer: The 10th Japan-Korea International Symposium on Microbiology
  • Place of Presentation: Yokohama, JAPAN(ポスター発表)
  • Year and Date: 2010-03-26
• [Presentation] Resection ; an important step for homologous recombination (2009)
  • Author(s): 半田直史、森松克実、Susan T.Lovett, Stephen C.Kowalczykowski.
  • Organizer: 第32回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 横浜
  • Year and Date: 20091209-20091212
• [Presentation] Helicobacter pylori isolated from Japan : genome sequences of 4 strains characterized by comparison with others (2009)
  • Author(s): 河合幹彦、内山郁夫、矢原耕史、古田芳一、鶴剛史、半田直史、高橋規子、大島健志朗、服部正平、吉田優、東健、小林一三
  • Organizer: 第32回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜、横浜(ポスター発表)
  • Year and Date: 20091209-20091212
• [Presentation] ピロリ菌10株のゲノム比較によるゲノム再編の検出 (2009)
  • Author(s): 古田芳一、河合幹彦、矢原耕史、大島健志朗、高橋規子、半田直史、吉田優、東健、服部正平、内山郁夫、小林一三
  • Organizer: 第32回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜、横浜(ポスター発表)
  • Year and Date: 20091209-20091212
• [Presentation] Restriction-modification-linked Genome Rearrangements and Novel Mobile Elements Revealed by Systematic Genome Comparison. (2009)
  • Author(s): Yoshikazu Furuta, Kentaro Abe, Mikihiko Kawai, Ichizo Kobayashi.
  • Organizer: 第32回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜、横浜(ポスター発表)
  • Year and Date: 20091209-20091212
• [Presentation] II型制限修飾系(PluTI)を含む新しい動く遺伝因子 (2009)
  • Author(s): Feroz Khan, 古田芳一, 河合幹彦, Katarzyna H.Kaminska, 石川健, Janusz M.Bujnicki, 小林一三
  • Organizer: 第32回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜、横浜(ポスター発表)
  • Year and Date: 20091209-20091212
• [Presentation] East Asian Helicobacter pylori Genomes : Co-evolution with their Human Host. (2009)
  • Author(s): Mikihiko Kawai, Koji Yahara, Yoshikazu Furuta, Takeshi Tsuru, Naofumi Handa, Noriko Takahashi, Kenshiro Oshima, Masaru Yoshida, Takeshi Azuma, Masahira Hattori, Ikuo Uchiyama, Ichizo Kobayashi
  • Organizer: Global COE Workshop on Bioinforxnatics in the Era of "Genome Information Big Bang"
  • Place of Presentation: Shenzhen, China
  • Year and Date: 20091105-20091108
• [Presentation] 「動く遺伝子」としての制限修飾系:ゲノム比較解析による制限修飾系の関与するゲノム再編の探索 (2009)
  • Author(s): 古田芳一、阿部健太郎、小林一三
  • Organizer: 第20回DNA複製・組換え・修復ワークショップ
  • Place of Presentation: 滋賀
  • Year and Date: 20091101-20091103
• [Presentation] 複数のタンパク質が働く相同組換え反応の再構成 (2009)
  • Author(s): 半田直史、森松克実、Susan T.Lovett、Stephen C.Kowalczykowski.
  • Organizer: 第82回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 神戸
  • Year and Date: 20091021-20091024
• [Presentation] 「動く遺伝子」としての制限修飾系:ゲノム比較解析による制限修飾系の関与するゲノム再編の探索 (2009)
  • Author(s): 古田芳一、阿部健太郎、小林一三
  • Organizer: 日本遺伝学会第81回大会
  • Place of Presentation: 信州大学、松本
  • Year and Date: 20090916-20090918
• [Presentation] 種内多数全ゲノム配列比較の戦略 (2009)
  • Author(s): 小林一三、東健、吉田優、河合幹彦、古田芳一、鶴剛史、半田直史、高橋規子、服部正平、大嶋健志朗、矢原耕史
  • Organizer: 日本遺伝学会第81回大会シンポジウム「遺伝学のゲノム革命と次世代シーケンサー」
  • Place of Presentation: 信州大学、松本
  • Year and Date: 20090916-20090918
• [Presentation] 細菌のDNA複製フォークの制限酵素による切断 (2009)
  • Author(s): 石川健、半田直史、小林一三
  • Organizer: 日本遺伝学会第81回大会, 1A-04
  • Place of Presentation: 信州大学、松本
  • Year and Date: 20090916-20090918
• [Presentation] 大腸菌のRecF相同組換え経路の再構成 (2009)
  • Author(s): 半田直史、森松克実、Susan T.Lovett、Stephen C.Kowalczykowski.
  • Organizer: 日本遺伝学会第81回大会
  • Place of Presentation: 信州大学、松本
  • Year and Date: 20090916-20090918
• [Presentation] ゲノム比較解析による制限修飾系の関与するゲノム再編の探索 (2009)
  • Author(s): 古田芳一、阿部健太郎、河合幹彦、小林一三
  • Organizer: 第11回日本進化学会大会
  • Place of Presentation: 北海道大学、札幌
  • Year and Date: 20090902-20090905
• [Presentation] Complete genome sequences of multiple Japanese Helicobacter pylori strains : a progress report. (2009)
  • Author(s): Ichizo Kobayashi, Mikihiko Kawai, Koji Yahara, Yoshikazu Furuta, Takeshi Tsuru, Naofumi Handa, Noriko Takahashi, Kenshiro Oshima, Masaru Yoshida, Takeshi Azuma, Masahira Hattori, Ikuo Uchiyama
  • Organizer: CHRO 2009 : 15th International Workshop on Campylobacter, Helicobacter and Related Organisms
  • Place of Presentation: Toki Messe, Niigata, Japan
  • Year and Date: 20090902-20090905
• [Presentation] 日本分離ピロリ菌4株のゲノム配列決定と他株との比較によるその特徴づけ (2009)
  • Author(s): 河合幹彦、内山郁夫、矢原耕史、古田芳一、鶴剛史、半田直史、高橋規子、大島健志朗、服部正平、吉田優、東健、小林一三
  • Organizer: 第11回日本進化学会大会(札幌大会)
  • Place of Presentation: 北海道大学高等教育機能開発総合センター、札幌(ポスター発表)
  • Year and Date: 20090902-20090904
• [Presentation] Complete genome sequences of four Japanese H.pylori strains and their comparative analyses. (2009)
  • Author(s): Ichizo Kobayashi, Mikihiko Kawai, Koji Yahara, Yoshikazu Furuta, Takeshi Tsuru, Naofumi Handa, Noriko Takahashi, Kenshiro Oshima, Masaru Yoshida, Takeshi Azuma, Masahira Hattori, Ikuo Uchiyama.
  • Organizer: Sapporo Cancer Seminar 2009 (SCS2009)
  • Place of Presentation: Sapporo(ポスター発表)
  • Year and Date: 20090713-20090714
• [Presentation] 相同組換え初期反応の試験管内再構成 (2009)
  • Author(s): 半田直史、森松克実、Susan T.Lovett、Stephen C.Kowalczykowski.
  • Organizer: 第6回21世紀大腸菌研究会
  • Place of Presentation: 熱海
  • Year and Date: 20090611-20090612
• [Presentation] Selfish genes into a genome society. (2009)
  • Author(s): Ichizo Kobayashi
  • Organizer: NIMBioS Workgroup on Intragenomic conflicts, NIMBioS (National Institute for Mathematical Biology and Synthesis)
  • Place of Presentation: NIH, Knoxville, USA
  • Year and Date: 20090420-20090422
• [Presentation] 種内多数全ゲノム配列比較から明らかになるゲノム進化のダイナミックス (2009)
  • Author(s): 小林一三
  • Organizer: 遺伝子実験部門講演会
  • Place of Presentation: 信州大学
  • Year and Date: 2009-12-17
• [Presentation] DNA複製フォークのI型制限酵素による切断:ゲノム維持機構としてのプログラム死?,3P-585(3T18p-6) (2009)
  • Author(s): 石川健、半田直史、小林一三
  • Organizer: 第82回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 神戸
  • Year and Date: 2009-10-23
• [Presentation] Selfish genes vs.genome : Roles of selfish DNase genes programming deaths. (2009)
  • Author(s): Ichizo Kobayashi
  • Organizer: 17th Annual Microbial Genomics Conference
  • Place of Presentation: Rocky Gap State Park, MD, USA
  • Year and Date: 2009-10-14
• [Presentation] 利己的な遺伝子によるプログラム死:DNA複製フォークの切断 (2009)
  • Author(s): 石川健、半田直史、小林一三
  • Organizer: 第11回日本進化学会,P08-08
  • Place of Presentation: 札幌(ポスター発表)
  • Year and Date: 2009-09-03
• [Presentation] プログラム死によるエピゲノム維持?I型制限酵素のDNA複製フォーク攻撃 (2009)
  • Author(s): 石川健、小林一三
  • Organizer: 第3回日本エピジェネティクス研究会年会, P-52
  • Place of Presentation: 東京(ポスター発表)
  • Year and Date: 2009-05-23
• [Presentation] Recent findings with Dnases (2009)
  • Author(s): Ichizo Kobayashi
  • Organizer: New England Biolabs
  • Place of Presentation: Ipswich, USA
  • Year and Date: 2009-04-24
• [Presentation] Selfish DNases programming bacterial deaths. (2009)
  • Author(s): Ichizo Kobayashi
  • Organizer: National Cancer Institute
  • Place of Presentation: NIH, Bethesda, USA
  • Year and Date: 2009-04-23
• [Remarks]
  • URL: http://www.ims.u-tokyo.ac.jp/ikobaya/publication_ja.html