植物環境感覚システムにおけるクロマチン動態解析

2013 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Environmental sensing of plants: Signal perception, processing and cellular responses
• Project/Area Number: 25120726
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Research Institution: Tokyo University of Science
• Principal Investigator: 松永 幸大 東京理科大学, 理工学部, 准教授 (40323448)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Keywords: 環境感覚 / クロマチン

Research Abstract

DNA損傷とオーキシン飢餓の環境刺激に応じてクロマチン動態がエピジェネティクスな変化を起こしている。クロマチン動態はヌクレオソーム構造を構成するヒストン修飾と非ヒストン因子であるコンデンシンやコヒーシンで制御されている。そのヒストン修飾は、メチル化・アセチル化・リン酸化などにより変動し、その変動の制御因子が、ヒストンメチル化酵素(HMT)、アセチル化酵素(HAT)、脱アセチル化酵素(HDAC)などである。しかし、こ
れらはヒストン修飾に注目した1個から数個の遺伝子座のクロマチン動態を解析した研究例であり、ヒストン修飾変動を制御因子から解析した事例はない。そこで、DNA損傷を初めとした植物の環境刺激に応答してクロマチン動態が変化する環境感覚メカニズムを明らかにすることを目的として研究を実施した。
DNA二本鎖切断(DSB)誘導剤ゼオシン・カンプトテシン、オーキシン極性輸送阻害剤ナフタレン酢酸(NPA)・TIBA、オーキシン受容体阻害剤PEO-IAAを用いて、国内外から購入または分与を受けたHMT、HAT、HDACのホモ変異体60種類、コンデンシン変異体3種類、コヒーシン変異体2種類をスクリーニングして、根の伸長、地上部の展開状態、胚軸伸長などの異常が見いだされる変異体を同定した。チミジンアナログEdUを用いたDNA複製イメージングにより細胞周期変動を解析すると共にDNA損傷解析であるコメットアッセイやリン酸化H2AX抗体染色を通じて、植物のDNA損傷応答までの時間や応答について定量解析を行った。

Current Status of Research Progress

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

Reason

コンデンシン変異体と脱アセチル化変異体に明確な表現型を確認できた。これにより、当初のスクリーニングの成果を得ることができるとともに、さらに環境感覚のメカニズムに踏み込んだ研究成果を得られた。このことから当初の計画以上に進展していると考えられる。

Strategy for Future Research Activity

新学術領域の計画班と協力して、光特性、水分屈性などの植物環境感覚の特性も解析し、関係データが得られた場合は、各刺激に対する応答変異体との二重変異体を作出し、分子遺伝学的解析を行う。これにより植物の環境感覚メカニズムの理解を推進する。

Research Products

• [Journal Article] Chromophore-assisted laser inactivation; towards a spatiotemporal-functional analysis of proteins, and the ablation of chromatin, organelle and cell function. (2014)
  • Author(s): Sano, Y., Watanabe, W. and Matsunaga, S.
  • Journal Title: JOURNAL OF CELL SCIENCE Volume: 127 Pages: 1621-1629
  • DOI: 10.1242/jcs.144527
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The boundary of the meristematic and elongation zones in roots: endoreduplication precedes rapid cell expansion (2013)
  • Author(s): Kohma Hayashi, Junko Hasegawa, Sachihiro Matsunaga
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 3 Pages: 2723
  • DOI: 10.1038/srep02723
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Cytokinins control endocycle onset by promoting the expression of an APC/C activator in Arabidopsis roots. (2013)
  • Author(s): Takahashi, N., Kajihara, T., Okamura, C., Kim, Y., Katagiri, Y., Okushima, Y., Matsunaga, S., Hwang, I., and Umeda, M.
  • Journal Title: CURRENT BIOLOGY Volume: 23 Pages: 1812-1817
  • DOI: 10.1016/j.cub.2013.07.051
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] KOTOBUKI-1 apparatus for cryogenic coherent X-ray diffraction imaging. (2013)
  • Author(s): Nakasako, M., Takayama, Y., Oroguchi, T., Sekiguchi, Y., Kobayashi, A., Shirahama, K., Yamamoto M., Hikima, T., Yonekura, K., Maki-Yonekura, S., Kohmura, Y., Inubushi, Y., Takahashi, Y., Suzuki A., Matsunaga, S., Inui, Y., Tono, K., Kameshima, T., Joti Y., Hoshi, T.
  • Journal Title: REVIEW OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS Volume: 84 Pages: 093705
  • DOI: 10.1063/1.4822123.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] New insights into the dynamics of plant cell nuclei and chromosomes. (2013)
  • Author(s): Matsunaga, S., Katagiri, Y., Nagashima, Y., Sugiyama, T., Hasegawa, J., Hayashi, K. and Sakamoto, T.
  • Journal Title: INTERNATIONAL REVIEW OF CELL AND MOLECULAR BIOLOGY Volume: 305 Pages: 253 - 301
  • DOI: 10.1016/B978-0-12-407695-2.00006-8.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The kinesin-like protein TOP promotes Aurora localisation and induces mitochondrial, chloroplast and nuclear division. (2013)
  • Author(s): Yoshida, Y., Fujiwara, T., Imoto, Y., Yoshida, M., Ohnuma, M., Hirooka, S., Misumi, O., Kuroiwa, H. Kato, S., Matsunaga, S. and Kuroiwa, T.
  • Journal Title: JOURNAL OF CELL SCIENCE Volume: 126 Pages: 2392 - 2400
  • DOI: 10.1242/jcs.116798.
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Imaging analyses of DNA replication and cell division in root development
  • Author(s): Sachihiro Matsunaga
  • Organizer: 第55回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 富山大学 五福キャンパス
• [Presentation] Subnuclear dynamics and cell dynamics in root morphogenesis.
  • Author(s): Sachihiro Matsunaga
  • Organizer: Workshop on Modeling Biomolecular Systems in Cellular Environment
  • Place of Presentation: ) 京都大学理学研究科セミナーハウス
  • Invited
• [Book] Atlas of Plant Cell Structure (2014)
  • Author(s): Noguchi, T., Kawano S., Sakai, A., Hayashi, Y., Karahara, I., Matsunaga, S., Tsukaya, H.
  • Total Pages: 未定
  • Publisher: Springer
• [Remarks] 研究者情報データベースRIDAI
  • URL: https://www.tus.ac.jp/fac_grad/p/achievement.php?64d9