新規ＤＮＡ修飾の探索とエピジェネティックスのパラダイムシフト

2011 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 23655153
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 鈴木 勉 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (20292782)
• Project Period (FY): 2011-04-28 – 2013-03-31
• Keywords: DNA修飾 / マススペクトロメトリー / エピジェネティックス

Research Abstract

様々な生命現象を理解するためには遺伝子の発現制御機構を解き明かす必要がある。DNAのメチル化（m5C）やヒドロキシメチル化（hm5C）などの化学修飾はヒストン修飾に並んで重要なエピゲノム情報である。本研究では、高感度な質量分析法を駆使することでヒトおよびマウスのゲノム中から新規なDNA修飾を探索し、構造を決定することで、エピジェネティックスのパラダイムシフトを目指している。本年度は、マウス脳由来ゲノムから見出した新規シチジン修飾体C*について解析を行った。C*の存在量をマスクロマトグラムの強度比から推定したところhm5Cの1/10程度であることが判明した。精密質量の測定から修飾基の元素組成を決定しC*の化学構造の推定を行った。さらにC*が、組織からゲノムを抽出する際に生じる反応性化学種によって修飾されたものである可能性があるため、複数の手法でゲノムを抽出した。さらに様々な反応性化学種を消去する目的で酢酸ヒドラジドを添加してC*の回収量を比較した。その結果、いずれの条件においてもC*が検出されたことから、C*は新規DNA修飾体である可能性が高まった。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

マウス組織から見出したC*は存在量が微量であるため、ゲノム抽出の際に生じたアーティファクトである可能性を否定することが先決である。本年度の研究で、複数の抽出方法を試したところ再現性良くC*の検出に成功したことから、C*が新規DNA修飾である可能性が高まったと考えている。今後は、C*の化学構造の決定、ゲノム上の位置、機能、生合成などやるべきことはたくさんあるが、概ね順調に研究が進行している。

Strategy for Future Research Activity

今後は、まずC*の化学構造を決定する必要がある。推定された構造の標品を有機合成し、ゲノムから精製したC*と様々な物性を比較解析することで決定する予定である。具体的にはLC/MS/MSを用いたcoinjectionを行う予定である。また、C*が酵素的に生じるものであるとするとゲノム上の特定の配列に存在することが考えられる。複数の制限酵素を用いて配列特異的なゲノムの断片化を行い、生じた末端塩基にC*が存在するかをLC/MSを用いて解析することを計画している。さらにC*特異的な抗体を作成し、C*が存在する領域を特定することも計画している。

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

上記の計画を実行するために、主に試薬類や酵素、LC/MS解析に使用する分析カラムや試薬類と消耗品に使用する予定である。

Research Products

• [Journal Article] Loss of snoRNA impairs ribosomal RNA modification and causes developmental defects in zebrafish (2012)
  • Author(s): Higa-Nakamine, S., Suzuki, T., Uechi, T., Chakraborty, A., Nakajima, Y., Nakamura, M., Hirano, N., Suzuki, T. and Kenmochi, N.
  • Journal Title: Nucleic Acids Res Volume: 40 Pages: 391-398
  • DOI: 10.1093/nar/gkr700
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Base methylations in the double-stranded RNA by a fused methyltransferase bearing unwinding activity (2012)
  • Author(s): Kimura, S., Ikeuchi, Y., Kitahara, K., Sakaguchi, Y., Suzuki, T. and Suzuki, T.
  • Journal Title: Nucleic Acids Res Volume: in press Pages: in press
  • DOI: 10.1093/nar/gkr1287
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Human mitochondrial tRNAs: biogenesis, function, structural aspects and diseases (2011)
  • Author(s): Suzuki, T., Nagao, A. and Suzuki, T.
  • Journal Title: Annu Rev Genet. Volume: 45 Pages: 299-329
• [Journal Article] Molecular basis of dihydrouridine formation on tRNA (2011)
  • Author(s): Yu, F., Tanaka, Y., Yamashita, K., Suzuki, T., Nakamura, A., Hirano, N., Suzuki, T., Yao, M. and Tanaka, I.
  • Journal Title: Proc. Natl. Acad. Sci. USA Volume: 108 Pages: 19593-19598
  • DOI: 10.1073/pnas.1112352108
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Crystallization and preliminary X-ray diffraction analysis of an archaeal tRNA modification enzyme TiaS complexed with tRNAIle2 and ATP (2011)
  • Author(s): Osawa, T., Inanaga, H., Kimura, S., Terasaka, N., Suzuki, T. and Numata, T.
  • Journal Title: Acta Crystallograph Sect F Struct Biol Cryst Commun Volume: 67 Pages: 1414-1416
  • DOI: 10.1107/S1744309111034890
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Structural basis of tRNA agmatinylation essential for AUA codon decoding (2011)
  • Author(s): Osawa, T., Kimura, S., Terasaka, N., Inanaga, H., Suzuki, T. and Numata, T.
  • Journal Title: Nature Struct Mol Biol Volume: 18 Pages: 1275-1280
  • DOI: 10.1038/nsmb.2144
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Biogenesis of 2-agmatinylcytidine catalyzed by the dual protein and RNA kinase TiaS (2011)
  • Author(s): Terasaka, N., Kimura, S., Osawa, T., Numata, T. and Suzuki, T.
  • Journal Title: Nature Struct Mol Biol Volume: 18 Pages: 1268-1274
  • DOI: 10.1038/nsmb.2121
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Taurine-containing uridine modifications in tRNA anticodons are required to decipher non-universal genetic codes in ascidian mitochondria (2011)
  • Author(s): Suzuki, T., Miyauchi, K., Suzuki, T., Yokobori, S., Shigi, N., Kondow, A., Takeuchi, N., Yamagishi, A. and Watanabe, K.
  • Journal Title: J. Biol. Chem. Volume: 286 Pages: 35494-35498
  • DOI: 10.1074/jbc.M111.279810
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Deficit of Lys-tRNA Modification by Cdkal1 Causes the Development of Type 2 Diabetes in Mice (2011)
  • Author(s): Wei, F., Suzuki, T., Watanabe, S., Kimura, S., Kaistuka, T., Fujimura, A., Matsui, H., Atta, M., Fontecave, M., Yamagata, K., Suzuki, T. and Tomizawa, K.
  • Journal Title: J. Clin. Invest. Volume: 121 Pages: 3598-3608
  • DOI: 10.1172/JCI58056
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Retrograde nuclear import of tRNA precursors is required for modified base biogenesis in yeast (2011)
  • Author(s): Ohira, T. and Suzuki, T.
  • Journal Title: Proc. Natl. Acad. Sci. USA Volume: 108 Pages: 10502-10507
  • DOI: 10.1073/pnas.1105645108
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Actin-binding protein ABP140 is a methyltransferase responsible for 3-methylcytidine at position 32 of tRNAs in Saccharomyces cerevisiae (2011)
  • Author(s): Noma, A., Yi, S., Katoh, T., Takai, Y., Suzuki, T. and Suzuki, T.
  • Journal Title: RNA Volume: 17 Pages: 1111-1119
  • DOI: 10.1261/rna.2653411
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Human mitochondrial diseases caused by lack of taurine-modification in mitochondrial tRNAs (2011)
  • Author(s): Suzuki, T. , Nagao, A. and Suzuki, T.
  • Journal Title: Wiley Interdiscip Rev RNA Volume: 2 Pages: 376-386
  • DOI: 10.1002/wrna.65
  • Peer Reviewed
• [Presentation] RNA修飾の生合成から細胞内の化学反応を学ぶ (2011)
  • Author(s): 鈴木 勉
  • Organizer: 生体機能関連化学部会「若手フォーラム」(招待講演)
  • Place of Presentation: つくば
  • Year and Date: 2011年9月11日
• [Presentation] マイクロRNAと核酸医薬のマススペクトロメトリー (2011)
  • Author(s): 鈴木 勉
  • Organizer: バイオロジカルマススペクトロメトリー2011(招待講演)
  • Place of Presentation: 箱根
  • Year and Date: 2011年7月11日
• [Presentation] RNA modifications as naturally-selected chemical diversity involved in various biological processes (2011)
  • Author(s): Tsutomu Suzuki
  • Organizer: 第34回日本分子生物学会年会(招待講演)
  • Place of Presentation: 横浜
  • Year and Date: 2011年12月13日
• [Presentation] ミトコンドリア脳筋症とtRNAのタウリン修飾欠損 (2011)
  • Author(s): 鈴木 勉
  • Organizer: 第223回川崎医学会講演会(招待講演)
  • Place of Presentation: 倉敷
  • Year and Date: 2011年11月29日
• [Presentation] RNA修飾の多彩な機能と生命現象 (2011)
  • Author(s): 鈴木 勉
  • Organizer: 宮崎大学医学部講演会(招待講演)
  • Place of Presentation: 宮崎
  • Year and Date: 2011年11月24日
• [Presentation] Biogenesis and function of 2-agmatinylcytidine found at the wobble position of archaeal tRNAIle (2011)
  • Author(s): Tsutomu Suzuki
  • Organizer: ISNAC2011 第38回国際核酸化学シンポジウム(招待講演)
  • Place of Presentation: 札幌
  • Year and Date: 2011年11月11日
• [Presentation] RNAマススペクトロメトリー (2011)
  • Author(s): 鈴木 勉
  • Organizer: ヒューマンサイエンス財団セミナー(招待講演)
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2011年10月6日