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

2010 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。I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。IV型制限酵素McrBCが、フォーク分岐点を切断することを証明した。ゲノムDNAのエピジェネティックな修飾の高感度での検出と排除という役割を提唱した。
2.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.Plu TI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。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。ピロリ菌種内比較から、染色体逆位に連鎖したDNA重複機構を発見した。
3.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。
4.制限修飾系がISによってゲノム内で転移する事を示した。制限修飾系は、転移の起きた細胞を選択的に生き残させる効果がある。
5.I型制限修飾系の配列特異性サブユニットについて、「ドメイン間の配列移動」という新しい遺伝子再編機構を発見した。これは、メチル化配列の変換をもたらし、エピゲノムの多様化に寄与すると推定した。
6.日本のピロリ菌の全ゲノムを解読し、世界の株と比較し、その特徴を明らかにした。
7.制限修飾系の使用によって、実験進化を加速した。
8,ピロリ菌cagA発がん遺伝子の組み換えによる進化を明らかにした。

Research Products

• [Journal Article] Evolutionary Genome Engineering using a Restriction-modification System (2011)
  • Author(s): Y Asakura, H Kojima, I Kobayashi
  • Journal Title: Nucleic Acids Research Volume: 39(20) Pages: 9034-9046
  • DOI: doi:10.1093/nar/gkr585
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Antisense RNA associated with biological regulation of a restriction-modification system (2011)
  • Author(s): Iwona Mruk*, Yaoping Liu*, Liying Ge, Ichizo Kobayashi (* : Equal contribution)
  • Journal Title: Nucleic Acids Research Pages: 1-11
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Cleavage of a model DNA replication fork by a methyl-specific endonuclease (2011)
  • Author(s): Ken Ishikawa, Naofumi Handa, Lauren Sears, Lise Raleigh, Ichizo Kobayashi
  • Journal Title: Nucleic Acids Research Pages: 1-10
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Routes of DNA cleavage by Type II restriction enzymes (2011)
  • Author(s): Feroz Khan, Ichizo Kobayashi
  • Journal Title: American Journal of Biochemistry and Molecular Biology Volume: 1 Pages: 20-29
• [Presentation] Evolutionary maintenance of selfish homing endonuclease genes in the absence of horizontal transfer (2011)
  • Author(s): Koji Yahara, Masaki Fukuyo, Akira Sasaki Ichizo Kobayashi
  • Organizer: ゲノム微生物学会ワークショップ-ゲノムで繋がる微生物研究の新展開-
  • Place of Presentation: 仙台市東北大学(ポスター発表)
  • Year and Date: 20110820-20110821
• [Presentation] 遺伝子内ドメイン移動 (2011)
  • Author(s): 古田芳一, 河合幹彦, 内山郁夫, 小林一三
  • Organizer: ゲノム微生物学会ワークショップ-ゲノムで繋がる微生物研究の新展開-
  • Place of Presentation: 仙台市東北大学(ポスター発表)
  • Year and Date: 20110820-20110821
• [Presentation] ゲノムDNAの逆位に伴った遺伝子の重複と崩壊 (2011)
  • Author(s): 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, 小林一三(*:equalcontribution)
  • Organizer: ゲノム微生物学会ワークショップ-ゲノムで繋がる微生物研究の新展開-
  • Place of Presentation: 仙台市東北大学(ポスター発表)
  • Year and Date: 20110820-20110821
• [Presentation] タンパク遺伝子内でのドメイン配列移動(Domo) (2011)
  • Author(s): 古田芳一、河合幹彦、内山郁夫、小林一三
  • Organizer: 第84回日本生化学会大会、3P-0096
  • Place of Presentation: 京都市国立京都国際会館
  • Year and Date: 2011-09-22
• [Presentation] 遺伝子内ドメイン移動 (2011)
  • Author(s): 古田芳一、河合幹彦、内山郁夫、小林一三
  • Organizer: 日本遺伝学会第83回大会、2B-06
  • Place of Presentation: 京都市京都大学
  • Year and Date: 2011-09-21
• [Presentation] Genome comparison of Helicobacter pylori strains from the West and the Far East (2011)
  • Author(s): Ichizo Kobayashi
  • Organizer: XXIV^<th> International Workshop of the European Helicobacter Study Group
  • Place of Presentation: Dublin, Ireland
  • Year and Date: 2011-09-12
• [Presentation] Evolutionary genome dynamics revealed by comparison of Japanese and other Helicobacter pylori complete genomes (2011)
  • Author(s): Ichizo Kobayashi
  • Organizer: International Union of Microbiological Societies 2011 Congress, BR30-3
  • Place of Presentation: Sapporo Convention Center, Sapporo
  • Year and Date: 2011-09-11
• [Presentation] Novel genome rearrangement mechanisms detected by Helicobacter pylorigenome comparison (2011)
  • 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: International Union of Microbiological Societies 2011 Congress, BR30-3
  • Place of Presentation: Sapporo Convention Center, Sapporo
  • Year and Date: 2011-09-09
• [Presentation] Novel evolutionary dynamics revealed through comparison of East Asian and other H.pylori complete genomes (2011)
  • Author(s): Ichizo Kobayashi
  • Organizer: the 16th International Workshop on Campylobacter, Helicobacter, and Related Organisms (CHRO 2011)
  • Place of Presentation: Vancouver, Canada
  • Year and Date: 2011-08-30
• [Presentation] Evolution of cagA oncogene of Helicobacter pylori through recombination : analysis of all known cagA variants at the DNA sequence level with the single nucleotide resolution (2011)
  • Author(s): Yoshikazu Furuta, Koji Yahara, Masanori Hatakeyama, Ichizo Kobayashi
  • Organizer: the 16th International Workshop on Campylobacter, Helicobacter, and Related Organisms (CHRO 2011)
  • Place of Presentation: Vancouver, Canada(poster presentation)
  • Year and Date: 2011-08-29
• [Presentation] 遺伝子内ドメイン移動 (2011)
  • Author(s): 古田芳一、河合幹彦、内山郁夫、小林一三
  • Organizer: 日本進化学会第13回大会、O-E19
  • Place of Presentation: 京都市京都大学
  • Year and Date: 2011-07-31
• [Presentation] DNA duplication associated with inversion (DDAI)and domain movement (DoMo) : two novel genome rearrangement mechanisms discovered through genome comparison (2011)
  • 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: Annual Meeting of the Society for Molecular Biology and Evolution 2011 (SMBE2011)
  • Place of Presentation: Kyoto Univ., Kyoto(poster presentation)
  • Year and Date: 2011-07-28
• [Presentation] DNA duplication associated with inversion (DDAI) and domain movement (DoMo) :two novel genome rearrangement mechanisms discovered through genome comparison (2011)
  • Author(s): Ichizo Kobayashi
  • Organizer: Annual Meeting of the Society for Molecular Biology and Evolution 2011 (SMBE2011)
  • Place of Presentation: Kyoto Univ., Kyoto
  • Year and Date: 2011-07-27
• [Presentation] ピロリ菌日本株ゲノム:超悪玉細菌(?)の素顔 (2011)
  • Author(s): 小林一三
  • Organizer: 第17回日本ヘリコバクター学会学術集会
  • Place of Presentation: 富山市富山国際会議場
  • Year and Date: 2011-06-24
• [Presentation] ピロリ菌エピジェネティックス遺伝子の東西比較から発見された「遺伝子内ドメイン移動によるタンパク多様化」 (2011)
  • Author(s): 古田芳一、小林一三
  • Organizer: 第17回日本ヘリコバクター学会学術集会、S2-2
  • Place of Presentation: 富山市富山国際会議場
  • Year and Date: 2011-06-24
• [Presentation] Biology of restriction-modification systems (2011)
  • Author(s): Ichizo Kobayashi
  • Organizer: Nucleic Acid Enzymes & Enzymes in Human Disease
  • Place of Presentation: Nankai University, Tianjin, China
  • Year and Date: 2011-06-21
• [Presentation] Genome dynamics and evolution (2011)
  • Author(s): Ichizo Kobayashi
  • Organizer: OIST Summer School on Quantitative Evolutionary and Comparative Genomics
  • Place of Presentation: OIST, Okinawa, Japan
  • Year and Date: 2011-05-28
• [Presentation] ゲノムDNAの逆位に伴った遺伝子の重複と崩壊 (2011)
  • Author(s): 古田芳一、河合幹彦、内山郁夫、小林一三
  • Organizer: 日本農芸化学会2011年度大会
  • Place of Presentation: 京都市京都女子大学(口頭およびポスター発表)
  • Year and Date: 2011-03-26
• [Presentation] 遺伝子内ドメイン移動 (2011)
  • Author(s): 古田芳一、河合幹彦、内山郁夫、小林一三
  • Organizer: 第5回日本ゲノム微生物学会年会
  • Place of Presentation: 仙台市東北学院大学(口頭およびポスター発表)
  • Year and Date: 2011-03-16
• [Presentation] ゲノムDNAの逆位に伴った遺伝子の重複と崩壊 (2011)
  • Author(s): 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、小林一三(*:equal contribution)
  • Organizer: 第5回日本ゲノム微生物学会年会
  • Place of Presentation: 仙台市東北学院大学(口頭およびポスター発表)
  • Year and Date: 2011-03-16
• [Presentation] 利己的なホーミング・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 (2011)
  • Author(s): 矢原耕史、福世真樹、佐々木顕、小林一三
  • Organizer: 第5回日本ゲノム微生物学会年会
  • Place of Presentation: 仙台市東北学院大学(口頭およびポスター発表)
  • Year and Date: 2011-03-16
• [Presentation] クオラムセンシング遺伝子による、制限修飾系遺伝子EcoRIの発現調節とその生物学的意義 (2010)
  • Author(s): 半田直史, 坂井亜紀子, 橋口令, 市毛朝雄, 小林一三
  • Organizer: 第33回日本分子生物学会年会・第83回日本生化学会大会合同大会(BMB2010)
  • Place of Presentation: 神戸市神戸国際会議場
  • Year and Date: 2010-12-09
• [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: 第33回日本分子生物学会年会・第83回日本生化学会大会合同大会(BMB2010)
  • Place of Presentation: 神戸市神戸国際会議場(口頭およびポスター発表)
  • Year and Date: 2010-12-07
• [Remarks]
  • URL: http://www.ims.u-tokyo.ac.jp/ikobaya/publication_ja.html