2012 Fiscal Year Research-status Report
プロモータ領域のメチル化を利用した遺伝子発現制御の進化的な獲得
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23770273
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| Research Institution | National Research Institute for Child Health and Development |
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Principal Investigator |
岡村 浩司 独立行政法人国立成育医療研究センター, その他部局等, 室長 (80456194)
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| Keywords | DNAメチル化 / エピジェネティクス / 遺伝子発現 / 原索動物 / 転写開始点 / プロモータ / CpGアイランド |
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| Research Abstract |
ゲノムDNAのメチル化がエピジェネティクスの一翼として、遺伝子発現制御に重要な役割を果たしていることはよく知られている。しかしこのことは、動物に限れば哺乳類においてよく研究されてきたに過ぎず、魚類を含めた脊椎動物にまでおおよそ当てはまることは確認されているものの、ホヤやウニなどの無脊椎動物においては状況がかなり異なる。ヒトでは全ゲノム中の約70%のCpGサイトはメチル化を受けており、他の脊椎動物もそれに近いグローバルなDNAメチル化を受ける。一方、例えばカタユウレイボヤでは、全ゲノムの約半分に相当する領域がメチル化を受けており、しかも、複数の遺伝子を含む数kbから数百kbにおよぶ比較的長いメチル化、非メチル化領域が交互に混在することが示されている。このメチル化パターンは、よく知られたヒトゲノムとは大きく異なり、発現制御との関わりは明確になっておらず、また、真菌など単純な真核生物でも示されているトランスポゾンの抑制機能でさえ、ホヤにおいては疑問視されている。脊椎動物の原始的な特徴を残す無顎類に加え、原索動物、棘皮動物を用いた広範囲なメチル化解析から、脊椎動物と無脊椎動物の間にパターンの大きな違いがあることが分かっており、DNAメチル化を利用した巧妙な遺伝子発現制御は、進化上、脊椎動物が誕生したごく初期に起こったグローバルなメチル化パターンの変化とともに獲得されたと考えるのが自然である。本研究ではこの経緯を探ることを目的とし、脊椎動物および無脊椎動物の境界付近に位置する種を用いてRNA-seqを利用した網羅的な転写開始点決定、およびプロモータ近傍のDNAメチル化解析を行う。複数の種から得られたデータを比較検討することにより、転写制御を担うエピジェネティクスの進化的な構築過程を明確にして、遺伝子発現さらには細胞リプログラミングの人為的制御の基盤創出を目指す。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
初期脊椎動物がいかにDNAメチル化を遺伝子発現制御に利用するようになったかを探るため、進化上、脊椎動物および無脊椎動物の境界付近に位置する種を用いてRNA-seqを利用した網羅的な転写開始点決定、およびプロモータ近傍のDNAメチル化解析を計画した。最初の実験対象種として原索動物であるカタユウレイボヤを選び、初年度は次世代シークエンサを用いて転写開始点決定を終了することができた。この成果は、バイオインフォマティクスの国際学会で、その際に投稿された104報の中から最優秀論文賞を受賞することができた。カタユウレイボヤのDNAメチル化およびそれに関連する発現解析については、共同研究ですでにデータの取得を終了し、解析を行っている。一方、最も原始的な脊椎動物としてはカワヤツメを選び、転写開始点決定のためにRNA-seqが終了し、そのゲノムDNAを次世代シークエンサで読むためのライブラリ作成を進めている。
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| Strategy for Future Research Activity |
原索動物であるカタユウレイボヤについて、ゲノム全体に渡るプロモータの位置とDNAメチル化レベルの情報が集まった。哺乳類のヒトやマウスなどについては世界中の研究グループからデータが発表されている。そこで本研究の最終年度では、最も原始的な脊椎動物としてカワヤツメを選び、1個体からからDNAを、またその個体の子である多くの胚からRNAを抽出し、次世代シークエンサを用いて転写開始点決定、及びプロモータ周辺のゲノム塩基配列の決定作業を進める。年度前半にはデータ取得を完了し、後半には無脊椎動物から脊椎動物、さらには哺乳類に至るまで、DNAメチル化を遺伝子発現制御に利用するためにプロモータ配列の構造がどのように進化的に変化してきたのかを把握することができる。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
カワヤツメのRNA-seqは終了したが、プロモータ周辺配列決定のためにゲノムDNAの解読作業を進める必要があり、次世代シークエンサで読むための試薬代に研究費を充てる予定である。また、本研究で得られた成果を国内および海外の学会で発表し、さらに論文発表するための経費を最終年度の研究費から支払う予定である。
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[Journal Article] Characterization of the compact dicistronic microRNA precursor, miR-1/miR-133, expressed specifically in Ciona muscle tissues2013
Author(s)
Rie Kusakabe, Saori Tani, Kohki Nishitsuji, Miyuki Shindo, Kohji Okamura, Yuki Miyamoto, Kenta Nakai, Yutaka Suzuki, Takehiro G. Kusakabe, and Kunio Inoue
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Journal Title
Gene Expr. Patterns
Volume: 13
Pages: 45-50
DOI
Peer Reviewed
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