クロマチンループ構造の人為的改変による核内構造の操作

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 25650014
• Research Institution: Tokyo Metropolitan Institute of Medical Science
• Principal Investigator: 正井 久雄 公益財団法人東京都医学総合研究所, ゲノム医科学研究分野, 副所長 (40229349)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: Rif1タンパク質 / クロマチンループ / 核内染色体構造 / 複製タイミング / グアニン４重鎖構造 / 核膜 / 転写 / 染色体核内配置

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、申請者の独自の発見「Rif1はクロマチンループ構造の形成を介して複製タイミング機能ドメインを規定する」に基づき、Rif1を用いてクロマチンループ構造の人為的改変を介して核内構造を操作し、細胞の機能改変を誘導する新規技法を開発する。Rif1を用いて、染色体の核内配置や高次構築を操作するために、1) 発現レベルを変動することによりゲノム全体のクロマチンループ構造を操作する、2) 部位特異的にクロマチンループを形成し、局所的に染色体機能ドメインを操作する、の二つのアプローチをとる。
1)については昨年度、分裂酵母でRif1を増産すると核内染色体構造の異常が誘導され、著しい増殖阻害が観察される事を見出した。本年はこの増殖阻害は脱リン酸酵素PP1の結合には依存しないことを見出した。また生育温度が阻害効果に大きな影響を及ぼすことを発見した(高温37°Cでは阻害されない)。
2)Rif1タンパク質の機能ドメインを解析した結果C端271aaでG4構造に結合すること、一方N端のHEAT Repeat構造も親和性の高い結合に必要であることが明らかとなった。
3)C端近傍の保存配列をアラニン置換することによりG4結合が喪失した。
4)転写によりRif1が結合しうるグアニン4重鎖構造が形成されることを発見した。
これらの知見から、増産しても増殖阻害しないがG4結合能を有し、染色体の核内配置を変化させうる変異体の開発、G4形成配列を特定の部位に導入することによる染色体機能の変換、あるいはG4構造近傍の転写を制御することによりRif1結合を制御し、染色体高次構造の改変を行う　などの新しいアプローチを実行している。

Remarks

http://www.igakuken.or.jp/genome/

Research Products

• [Journal Article] Characterization of conserved arginine residues on Cdt1 that affect licensing activity and interaction with Geminin or Mcm complex. (2016)
  • Author(s): Zhiying You, Koji L. Ode, Haruhiko Takisawa, and *Hisao Masai
  • Journal Title: Cell Cycle Volume: 3 Pages: TBA
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Fork restart protein, PriA, binds around oriC after depletion of nucleotide precursors: Replication fork arrest near the replication origin. (2016)
  • Author(s): Tanaka T, Nishito Y, *Masai H.
  • Journal Title: Biochem. Biophys. Res. Commun. Volume: 470 Pages: 546-551
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2016.01.108. Epub 2016 Jan 20.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Epigenetic Regulation of the Blimp-1 Gene (Prdm1) in B Cells Involves Bach2 and Histone Deacetylase 3. (2016)
  • Author(s): Tanaka H, Muto A, Shima H, Katoh Y, Sax N, Tajima S, Brydun A, Ikura T, Yoshizawa N, Masai H, Hoshikawa Y, Noda T, Nio M, Ochiai K, *Igarashi K.
  • Journal Title: J. Biol. Chem. Volume: 291 Pages: 6316-6330
  • DOI: 10.1074/jbc.M116.713842. Epub 2016 Jan 19.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Phosphorylation of TAR DNA-binding Protein of 43 kDa (TDP-43) by Truncated Casein Kinase 1δ Triggers Mislocalization and Accumulation of TDP-43. (2016)
  • Author(s): *Nonaka T, Suzuki G, Tanaka Y, Kametani F, Hirai S, Okado H, Miyashita T, Saitoe M, Akiyama H, Masai H, Hasegawa M.
  • Journal Title: J. Biol. Chem. Volume: 291 Pages: 5473-5483
  • DOI: 10.1074/jbc.M115.695379. Epub 2016 Jan 14.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Claspin recruits Cdc7 kinase for initiation of DNA replication in human cells. (2016)
  • Author(s): Chi-Chun Yang, Masahiro Suzuki, Shiori Yamakawa, Syuzi Uno, Ai Ishii, Satoshi Yamazaki, Rino Fukatsu, Ryo Fujisawa, Kenji Sakimura3, Toshiki Tsurimoto, *Hisao Masai
  • Journal Title: Nature Communications Volume: TBA Pages: TBA
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Rif1はグアニン４重鎖構造を介して染色体に結合し、広範囲に複製を抑制する (2016)
  • Author(s): 加納 豊、松本 清治、正井 久雄
  • Journal Title: 実験医学 Volume: 34-no.3 Pages: 458-461
  • Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] CDC28 phosphorylates Cac1p and regulates the association of Chromatin Assembly Factor I with chromatin. (2015)
  • Author(s): Jeffery, D., Kakusho, N., You, Z., Gharib, M., Wyse, B., Drury, E., Weinreich, M., Thibault, P. Verreault, A., Masai, H. and *Yankulov, K.
  • Journal Title: Cell Cycle Volume: 14 Pages: 74-85
  • DOI: 10.4161/15384101.2014.973745.
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Definition of the transcription factor TdIF1 consensus binding sequence through genome-wide mapping of its binding sites. (2015)
  • Author(s): Kotaro Koiwai, Takashi Kubota, Nobuhisa Watanabe, Katsutoshi Hori, Osamu Koiwai and *Hisao Masai
  • Journal Title: Genes to Cells Volume: 20 Pages: 242-254
  • DOI: 10.1111/gtc.12216. Epub 2015 Jan 26.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] The DNA-Binding Domain of S. pombe Mrc1 (Claspin) Acts to Enhance Stalling at Replication Barriers. (2015)
  • Author(s): Zech, J., Godfrey, E.L., Masai, H., Hartsuiker, E. and *Dalgaard, J.Z.
  • Journal Title: PLoS One Volume: 10 Pages: e0132595
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0132595. eCollection 2015.
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] BTB-ZF Protein Znf131 Regulates Cell Growth of Developing and Mature T Cells. (2015)
  • Author(s): Iguchi, T., Aoki, K., Ikawa, T., Taoka, M., Taya, C., Yoshitani, H., Toma-Hirano, M., Koiwai, O., Isobe, T., Kawamoto, H., Masai, H. and *Miyatake, S.
  • Journal Title: J. Immunol. Volume: 195 Pages: 982-993
  • DOI: 10.4049/jimmunol.1500602. Epub 2015 Jul 1.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Rif1 binds to G-quadruplexes and suppresses replication over long distances. (2015)
  • Author(s): Yutaka Kanoh, Seiji Matsumoto, Rino Fukatsu, Naoko Kakusho, Nobuaki Kono, Claire Renard-Guillet, Koji Masuda, Keisuke Iida, Kazuo Nagasawa, Katsuhiko Shirahige, and *Hisao Masai
  • Journal Title: Nature Struct. Mol. Biol. Volume: 22 Pages: 889-897
  • DOI: 10.1038/nsmb.3102. Epub 2015 Oct 5.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Rif1はグアニン4重鎖構造を形成するDNAを介して染色体へ結合し複製の開始を広範囲にわたり抑制する (2015)
  • Author(s): 加納 豊、松本 清治、正井 久雄
  • Journal Title: ライフサイエンス 新着論文レビュー Volume: - Pages: -
  • DOI: 10.7875/first.author.2015.127
• [Presentation] Interaction with G-quadruplex structures forms a basis for Rif1-mediated regulation of DNA replication, transcription and chromatin architecture (2015)
  • Author(s): 正井 久雄、加納 豊、松本 清治、覺正 直子、深津 理乃、森山 賢治、河野 暢明、飯田 啓介、長澤 和夫、増田 晃士、Claire Renard-Guillet、白髭 克彦、山崎 聡志、吉沢 直子
  • Organizer: BMB2015
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場（兵庫県神戸市）
  • Year and Date: 2015-12-01 – 2015-12-04
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Roles of G-quadruplex structures in regulation of DNA replication. (2015)
  • Author(s): Hisao Masai, Yutaka Kanoh, Taku Tanaka, Kenji Moriyama, Yumika Seki, Seiji Matsumoto, Rino Fukatsu, Naoko Kakusho, Satoshi Yamazaki, Yumeka Matsushima, Naoko Yoshizawa, Keisuke Iida, Kazuo Nagasawa
  • Organizer: Cold Spring Harbor Meeting EUKARYOTIC DNA REPLICATION & GENOME MAINTENANCE
  • Place of Presentation: Cold Spring Harbor, New York,USA
  • Year and Date: 2015-09-01 – 2015-09-05
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Interaction of Rif1 and G-quadruplex forms a basis of Rif1-mediated chromatin regulation. (2015)
  • Author(s): Hisao Masai, Rino Fukatsu, Naoko Kakusho, Yutaka Kanoh, Kenji Moriyama
  • Organizer: The 8th international fission yeast meeting (Pombe2015)
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場（兵庫県神戸市）
  • Year and Date: 2015-06-21 – 2015-06-25
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Book] The Initiation of DNA Replication in Eukaryotes "Rif1, a conserved chromatin factor regulating DNA replication, DNA repair and transcription." (2015)
  • Author(s): Naoko Yoshizawa, Satoshi Yamazaki, and *Hisao Masai
  • Total Pages: 623
  • Publisher: Springer
• [Book] DNA Replication, Recombination, and Repair "DNA Replication Timing: Temporal and Spatial Regulation of Eukaryotic DNA Replication." (2015)
  • Author(s): Hayano, M., Matsumoto, S. and *Masai, H.
  • Total Pages: 555
  • Publisher: Springer