2016 Fiscal Year Annual Research Report
Controlling mechanisms of epigenome by silencing and anti-silencing
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26221105
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| Research Institution | National Institute of Genetics |
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Principal Investigator |
角谷 徹仁 国立遺伝学研究所, 総合遺伝研究系, 教授 (20332174)
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| Project Period (FY) |
2014-05-30 – 2019-03-31
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| Keywords | エピジェネティック / トランスポゾン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ヒストンH3の第９リジンのメチル化（H3K9me）は多くの真核生物で抑制クロマチンの目印として働き、トランスポゾンなどの反復配列を抑制することが知られている。不思議なことにH3K9meは、プロモーターだけでなく、転写が抑制された配列の内部にも分布する。シロイヌナズナの変異体ibm1 (increase in BONSAI methylation 1)では、遺伝子内部にH3K9meが蓄積するとともに、発生異常が誘発される。この発生異常をサプレスする変異体を調べることで、遺伝子内部のクロマチン動態の意義にアプローチした。まず、このサプレッサー変異の原因遺伝子は、ヒストンH3リジン４の脱メチル化酵素をコードするLDL2だった。この変異体およびH3K9メチル化酵素の変異体を用いた遺伝解析とエピゲノム解析によって、遺伝子内部のH3K9meは、遺伝子内部のH3K4me1（モノメチル化）の脱メチル化を介してトランスポゾンの転写抑制を行っていることを見出した（Inagaki et al 2017 EMBO J）。H3K4me1は動物ではエンハンサーに特徴的な修飾として知られているが、遺伝子内H3K4me1は、ほとんど注目されていない。本研究は、この修飾が多くのトランスポゾンの抑制を仲介することを示した。また、この発生異常誘発の鍵となっている遺伝子を見出し、これが病原体応答を仲介する経路であることを見出した（論文未発表）。これらの解析とも組み合わせることで、遺伝子内修飾の生物学的意味についての理解を今後大きく進められると考える。また、トランスポゾンVANDAL21のコードするタンパク質の一つVANC21は、VANDAL21コピーに特異的なDNAメチル化喪失と転写脱抑制を引き起こす(図)（Fu et al 2013 EMBO J）。この機構の理解に向けた結果を得た。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
ヘテロクロマチン制御様式と個体発生への影響の理解を目指し以下の研究を行った。ヒストンH3の第９リジンのメチル化（H3K9me）は多くの真核生物で抑制クロマチンの目印として働き、トランスポゾンなどの反復配列を抑制することが知られている。不思議なことにH3K9meは、プロモーターだけでなく転写が抑制された配列の内部にも分布する。シロイヌナズナの変異体ibm1 では、遺伝子内部にH3K9meが蓄積するとともに、発生異常が誘発される。この発生異常をサプレスする変異体を調べることで、遺伝子内部のクロマチン動態の意義にアプローチした。まず、このサプレッサー変異の原因遺伝子は、ヒストンH3リジン４の脱メチル化酵素をコードするLDL2だった。この変異体およびH3K9メチル化酵素の変異体を用いた遺伝解析とエピゲノム解析によって、遺伝子内部のH3K9meは、遺伝子内部のH3K4me1（モノメチル化）の脱メチル化を介してトランスポゾンの転写抑制を行っていることを見出した（Inagaki et al 2017 EMBO J）。H3K4me1は動物ではエンハンサーに特徴的な修飾として知られているが、遺伝子内H3K4me1は、ほとんど注目されていない。本研究は、この修飾が多くのトランスポゾンの抑制を仲介することを示した。また、この発生異常誘発の鍵となっている遺伝子を見出し、これが病原体応答を仲介する経路であることを見出した（論文未発表）。これらの解析とも組み合わせることで、遺伝子内修飾の生物学的意味についての理解を今後大きく進められると考える。また、トランスポゾンVANDAL21のコードするタンパク質の一つVANC21を用いた研究でも新たな抗抑制機構とその進化についての知見を得た。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの結果から、遺伝子内のH3K4me1がクロマチン動態に重要であることがわかった（Inagaki et al 2017 EMBO J）。今回の解析で同定したLDL2のパラログの中には、異なる標的特異性を持つものがあるので、これらの変異体のエピゲノム解析と遺伝学的解析によってその生物学意義を明らかにする。また、ibm1変異体における発生異常が、免疫応答経路を介していることを見出しており、すでに候補の鍵因子を同定している（未発表）。この経路の因子の変異体のエピゲノム解析結果などを含め、その全貌を明らかにしたい。
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[Journal Article] Gene-body Chromatin Modefication Dynamics Mediate Epigeneome Differentiation in Arabidopsis2017
Author(s)
Inagaki, S., Takahashi, M., Hosaka, A., Ito, T., Toyoda, A., Fujiyama, A., Tarutani, Y., and Kakutani, T.
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Journal Title
EMBO J.
Volume: 36
Pages: 970～980
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] A Stress-Activated Transposon in Arabidopsis Induces Transgenerational Abscisic Acid Insensitivity2016
Author(s)
Ito, H., Kim, J-M., Matsunaga, W., Saze, H., Matsui, A., Endo, T., Harukawa, Y., Takagi, H., Yaegashi, H., Masuta, Y., Masuda, S., Ishida, J., Tanaka, M., Takahashi, S., Morosawa, T., Toyoda, T., Kakutani, T., Kato, A., Seki M.
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Journal Title
Scientific Reports
Volume: 6
Pages: 23181
DOI
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