細胞核内に人為的に作成したアクチン繊維によるエピジェネティック操作基盤の創出

2014 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 25660286
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 原田 昌彦 東北大学, (連合)農学研究科(研究院), 准教授 (70218642)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: 細胞核 / クロマチン / アクチン / 転写制御

Outline of Annual Research Achievements

ゲノムのエピジェネティック制御は、クロマチン構造だけでなく、クロマチンの核内空間配置によっても制御されている。たとえば、細胞の遺伝子初期化の際に、核内にアクチンフィラメントが形成されることも知られている。しかし、細胞核の機能構造形成の分子機構の解明は遅れている。我々は、細胞核内に人為的にアクチン繊維を形成させることにより、細胞核機能構造形成におけるアクチンの機能の解明を進めている。さらに、この実験系によって、エピジェネティック制御の人為的操作への展開を目指している。当該年度では、核内アクチン繊維が遺伝子発現やクロマチンに与える影響の解析を行った。核内アクチン繊維を形成させた細胞をマイクロアレイ転写解析に供したところ、予想よりも多数の遺伝子が核内アクチンフィラメント形成によって発現変化を示すことが明らかとなった。興味深いことに、遺伝子初期化に重要な機能を有するOCT4遺伝子も発現が有意に増加していた。遺伝子初期化や分化における核内アクチン繊維の機能については、ES細胞で恒常的にNLS-アクチンを発現する細胞株を作成し、これを用いた解析を進めている。このような核内アクチン繊維の転写や細胞機能への影響については、クロマチン免疫沈降などによってその分子メカニズムの解析を進めている。さらに、この細胞に対してDNA損傷試薬を作用させたところ、感受性の増加が観察された。このことは、核内アクチン繊維が、ゲノム安定性維持にも寄与していることが示された。

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

核移行シグナルを付加したアクチンによって核内にアクチン繊維を人為的に作成することに成功した。この細胞の解析によって、予想を超えた数の遺伝子の発現に変化が認められたことから、核内アクチン繊維の遺伝子発現制御における重要な機能の存在を示すことができた。

Strategy for Future Research Activity

核内に人為的に作成したアクチン繊維によって、多くの遺伝子の発現に変化が現れることが明らかとなったため、その機構の解明を進める。そのために、単量体アクチンおよびアクチンフィラメントに結合する抗体やプローブを用いたChIP-seqによる解析をすすめる。

Causes of Carryover

核移行シグナルをふかしたアクチンによって核内にアクチン繊維を人為的に形成し、マイクロアレイ解析を行ったところ、予想よりも多くの遺伝子で発現変化が観察された。これは、核内アクチン繊維の遺伝子発現への影響が大きいことを示している。当初の予定よりも、多くの遺伝子について発現変化を解析するための試料調製や発現変化確認が必要となり、当初予定していたChIP-seq解析の一部を、時期を遅らせて行うこととした。

Expenditure Plan for Carryover Budget

核内のアクチン繊維によって制御される遺伝子解析を目的としたChIP-seqなどを行うための消耗品費として、全額を使用する。

Research Products

• [Journal Article] アクチンファミリーによる細胞核・クロマチンの機能構造形成 (2015)
  • Author(s): 山崎祥他、尾間由佳子、原田昌彦
  • Journal Title: ナノ学会会報 Volume: 13 Pages: 73-77
• [Journal Article] Nuclear actin activates human transcription factor genes including the OCT4 gene. (2014)
  • Author(s): Yamazaki, S., Yamamoto, K., Tokunaga, M., Sakata-Sogawa, K., and Harata, M.
  • Journal Title: Biosci. Biotechnol. Biochem. Volume: 79 Pages: 242-246
  • DOI: 10.1080/09168451.2014.972332
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] DNA binding properties of the actin-related protein Arp8 and its role in DNA repair. (2014)
  • Author(s): Osakabe, A., Takahashi, Y., Murakami, H., Otawa, K., Tachiwana, H., Oma, Y., Hitoshi Nishijima, H., Shibahara, K., Kurumizaka, H., Harata, M.
  • Journal Title: PLoS One Volume: 9 Pages: ‐
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0108354
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] SWR1 and INO80 chromatin remodelers contribute to DNA double-strand break perinuclear anchorage site choice (2014)
  • Author(s): Horigome, C., Oma, Y., Konishi, T., Schmid, R., Marcomini, I., Hauer, M.H., Dion, V., Harata, M., and Gasser, S.M.
  • Journal Title: Mol Cell Volume: 55 Pages: 626-639
  • DOI: 10.1016/j.molcel.2014.06.027
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Nuclear actin filaments recruit cofilin and actin-related protein 3, and their formation is connected with a mitotic block. (2014)
  • Author(s): Kalendova, A., Kalasova, I., Yamazaki, S., Ulicna, L., Harata, M., and Hozak, P.
  • Journal Title: Histochem Cell Biol Volume: 142 Pages: 139-152
  • DOI: 10.1007/s00418-014-1243-9
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Possible involvement of LKB1-AMPK signaling in non-homologous end joining. (2014)
  • Author(s): Ui, A., Ogiwara, H., Nakajima, S., Kanno, S., Watanabe, R., Harata, M., Okayama, H., Harris, C.C., Yokota, J., Yasui, A., and Kohno, T.
  • Journal Title: Oncogene Volume: 33 Pages: 1640-1648
  • DOI: 10.1038/onc.2013.125
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Reorganization of damaged chromatin by the exchange of histone variant H2A.Z-2. (2014)
  • Author(s): Nishibuchi, I., Suzuki, H., Kinomura, A., Sun, J., Liu, N.A., Horikoshi, Y., Shima, H., Kusakabe, M., Harata, M., Fukagawa, T., and Tashiro, K.
  • Journal Title: Int J Radiat Oncol Biol Phys Volume: 89 Pages: 736-744
  • DOI: 10.1016/j.ijrobp.2014.03.031
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Improvement of the transformation efficiency of Sacchaaromyces cerevisiae by altering carbon sources in pre-culture. (2014)
  • Author(s): Konishi, T., and Harata, M.
  • Journal Title: Biosci Biotechnol Biochem Volume: 78 Pages: 1090-1093
  • DOI: 10.1080/09168451.2014.915730
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Actin family proteins involved in the functional organization of chromatin and the nucleus. (2015)
  • Author(s): Oma, Y., Takahashi, Y., Murakami, H., Horigome, C., Gasser, S.M., Osakabe, A., Kurumizaka, H., Harata, M.
  • Organizer: Understanding the genome III - G60 Symposium
  • Place of Presentation: Chexbres, Switzerland
  • Year and Date: 2015-03-20
• [Presentation] Role of actin family proteins in the functional organization of chromatin and the nucleus. (2014)
  • Author(s): Yamazaki, S., Yamamoto, K., Oma, Y., Hozak, P., Gasser, S. and Harata, M.
  • Organizer: The 4D Nucleome 2014
  • Place of Presentation: Aki Ground Hotel, Hiroshima, Japan
  • Year and Date: 2014-12-18
• [Presentation] Involvement of nuclear filamentous-actin in the regulation of transcription. (2014)
  • Author(s): Yamazaki, S., Yamamoto, K., Sakata-Sogawa, K., Tokunaga, M. and Harata, M.
  • Organizer: The 4D Nucleome 2014
  • Place of Presentation: Aki Ground Hotel, Hiroshima, Japan
  • Year and Date: 2014-12-18
• [Presentation] Behavior of nuclear actin in cell differentiation. (2014)
  • Author(s): Yamamoto, K., Yamazaki, S., Sakata-Sogawa, K., Tokunaga, M. and Harata, M.
  • Organizer: The 4D Nucleome 2014
  • Place of Presentation: Aki Ground Hotel, Hiroshima, Japan
  • Year and Date: 2014-12-18
• [Presentation] Roles of nuclear filamentous-actin in transcriptional regulation. (2014)
  • Author(s): Yamazaki, S., Yamamoto, K., Sakata-Sogawa, K., Tokunaga, M. and Harata M.
  • Organizer: The 2014 ASCB/IFCB Meeting
  • Place of Presentation: Philadelphia, USA
  • Year and Date: 2014-12-07
• [Presentation] Nucleocytoplasmic relocation of actin in cell differentiation. (2014)
  • Author(s): Yamamoto, K., Yamazaki, S., Sakata-Sogawa, K., Tokunaga, M. and Harata, M.
  • Organizer: The 2014 ASCB/IFCB Meeting
  • Place of Presentation: Philadelphia, USA
  • Year and Date: 2014-12-07
• [Presentation] Nuclear actin and ARPs involved in the functional organization of chromatin. (2014)
  • Author(s): Harata, M.
  • Organizer: The 2014 ASCB/IFCB Meeting
  • Place of Presentation: Philadelphia, USA
  • Year and Date: 2014-12-06
  • Invited
• [Presentation] Roles of actin family proteins in chromatin and nuclear organizaion for DNA repair. (2014)
  • Author(s): Oma, Y., Takahashi, Y., Murakami, H., Horigome, C., Gasser, S., Osakabe, A., Kurumizaka, H. and Harata, M.
  • Organizer: The 9th 3R symposium
  • Place of Presentation: Tokinosumika, Gotemba, Japan
  • Year and Date: 2014-11-19
• [Presentation] ヒストンバリアントH2A.ZとINO80クロマチンリモデリング複合体によるクロマチン機能制御 (2014)
  • Author(s): 原田昌彦
  • Organizer: 平成26年度遺伝研研究会「クロマチンにおけるゲノムDNAの機能発現メカニズム」
  • Place of Presentation: 国立遺伝学研究所、三島
  • Year and Date: 2014-10-30
  • Invited
• [Presentation] アクチンファミリーによる細胞核とクロマチンの機能構造制御 (2014)
  • Author(s): 原田昌彦
  • Organizer: 第87回日本生化学会大会シンポジウム「核構造タンパク質によるクロマチン時空間制御の理解とマニピュレーション」
  • Place of Presentation: 京都国際会議場、京都
  • Year and Date: 2014-10-18
  • Invited
• [Presentation] アクチンファミリーによる細胞核・クロマチンの機能構造形成 (2014)
  • Author(s): 原田昌彦
  • Organizer: 分子科学研究所研究会「細胞核内反応の分子科学」
  • Place of Presentation: 分子科学研究所、岡崎
  • Year and Date: 2014-09-27
  • Invited
• [Presentation] Analysis of function of H2A.Z isoforms by using gene knockout cells. (2014)
  • Author(s): Kusakabe, M., Matsuda, R., Oku, H., Hori, T., Fukagawa, T., Horikoshi, N., Kurumizaka, H. and Harata., M.
  • Organizer: The EMBO workshop on Histone Variants in 2014
  • Place of Presentation: Strasbourg, France
  • Year and Date: 2014-06-02