性染色体ヘテロクロマチンが規定する性スペクトラム

• Project Area: Spectrum of the Sex: a continuity of phenotypes between female and male
• Project/Area Number: 17H06426
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 長尾 恒治 大阪大学, 理学研究科, 准教授 (60426575)
• Project Period (FY): 2017-06-30 – 2022-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥106,210,000 (Direct Cost: ¥81,700,000、Indirect Cost: ¥24,510,000); Fiscal Year 2021: ¥20,020,000 (Direct Cost: ¥15,400,000、Indirect Cost: ¥4,620,000); Fiscal Year 2020: ¥20,020,000 (Direct Cost: ¥15,400,000、Indirect Cost: ¥4,620,000); Fiscal Year 2019: ¥20,020,000 (Direct Cost: ¥15,400,000、Indirect Cost: ¥4,620,000); Fiscal Year 2018: ¥20,020,000 (Direct Cost: ¥15,400,000、Indirect Cost: ¥4,620,000); Fiscal Year 2017: ¥26,130,000 (Direct Cost: ¥20,100,000、Indirect Cost: ¥6,030,000)
• Keywords: 性スぺクトラム / エピジェネティクス / X染色体不活性化 / 性スペクトラム

Outline of Annual Research Achievements

哺乳類では、X染色体の数がオスでは１本、メスでは２本となっており、X染色体連鎖遺伝子の遺伝子量が雌雄の間で異なっている。哺乳類には性染色体の遺伝子量を保証するため、X染色体不活性化という巧妙な遺伝子量補償機構が存在し、2本のX染色体のうち一方は、不活性化X染色体という巨大なヘテロクロマチン構造（バー小体と呼ばれる）として体細胞では核内に保持される。我々は、不活性化X染色体の凝縮構造が、不活性化X染色体構築のマスターレギュレーターである非コードRNA XISTの下流で働くSMCHD1-HBiX1複合体によって作られることを、これまで報告してきた。またSMCHD1-HBiX1は、常染色体上にもドメインを形成して局在する。本研究課題では、SMCHD1-HBiX1の機能を明らかにしていきながら、不活性化X染色体自身が常染色体上の遺伝子発現に影響を与える様式を明らかにし、性スペクトラム上の位置を定位させる遺伝的基盤を明らかにする。そこで、SMCHD1-HBiX1を欠損した場合、どのような遺伝子発現異常が見られるか、ヒストン修飾などのエピジェネティクス状態が、どのように変化するかを解析した。Smchd野生型、及びSmchd1ホモ変異由来の雌のマウス繊維芽細胞を比較したところ、Smchd1欠損下ではX染色体連鎖遺伝子のうち約半数がX染色体不活性化以上を示し、さらにこれらの遺伝子領域内では抑制型のヒストン修飾H3K27me3が失われていた。興味深いことに、Smchd1欠損によって影響を受ける遺伝子は通常のX染色体不活性化の過程の初期には、あまりH3K27me3修飾を受けない遺伝子であった。このことから、Smchd1は遺伝子発現抑制を維持するために、抑制型のヒストン修飾の導入を促進する働きがあると考えられた。この点について論文を発表した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

Smchd1の機能が不活性化X染色体によって影響されるかどうかを、遺伝学的に調べることができる系を作ることができた。またChIP-seq法の実験的、情報処理的なプロトコールを改良し、これまでの１０倍の解像度でChIP-seq解析することができるようになった。

Strategy for Future Research Activity

確立できた遺伝学的に不活性化X染色体の有無とSmchd1機能との関連を調べることのできる系を使い、ChIP-seq, RNA-seqによるデータを蓄積しながら、不活性化X染色体がSmchd1-Hbix1挙動にどのような影響を与えるのか、それによって遺伝子発現がどのように制御されているのかを見いだしていく。

Research Products

• [Journal Article] Genome-wide stability of the DNA replication program in single mammalian cells (2019)
  • Author(s): Saori Takahashi, Hisashi Miura, Takahiro Shibata, Koji Nagao, Katsuzumi Okumura, Masato Ogata, Chikashi Obuse, Shin-ichiro Takebayashi and Ichiro Hiratani
  • Journal Title: Nat Genet Volume: 51 Pages: 529-540
  • DOI: 10.1038/s41588-019-0347-5
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Role of SmcHD1 in establishment of epigenetic states required for the maintenance of the X-inactivated state in mice (2018)
  • Author(s): Sakakibara Yuki、Nagao Koji、Blewitt Marnie、Sasaki Hiroyuki、Obuse Chikashi、Sado Takashi
  • Journal Title: Development Volume: 145 Pages: 166462-166462
  • DOI: 10.1242/dev.166462
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Nucleosomes around a mismatched base pair are excluded via an Msh2-dependent reaction with the aid of SNF2 family ATPase Smarcad1. (2018)
  • Author(s): Terui R, Nagao K, Kawasoe Y, Taki K, Higashi TL, Tanaka S, Nakagawa T, Obuse C, Masukata H, Takahashi TS
  • Journal Title: Genes & Development Volume: 32(11-12) Pages: 806-821
  • DOI: 10.1101/gad.310995.117
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Defects in dosage compensation impact global gene regulation in the mouse trophoblast (2017)
  • Author(s): Sakata Yuka、Nagao Koji、Hoki Yuko、Sasaki Hiroyuki、Obuse Chikashi、Sado Takashi
  • Journal Title: Development Volume: 144 Pages: 2784-2797
  • DOI: 10.1242/dev.149138
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Inhibition of RIF1 by SCAI Allows BRCA1-Mediated Repair. (2017)
  • Author(s): Isobe S.Y., Nagao K., Nozaki N., Kimura H., and Obuse C.
  • Journal Title: Cell Reports Volume: 2 Pages: 297-307
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2017.06.056
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Exosomes maintain cellular homeostasis by excreting harmful DNA from cells (2017)
  • Author(s): Takahashi, A., Okada, R., Nagao, K., Kawamata, Y., Hanyu, A., Yoshimoto, S., Takasugi, M., Watanabe, S., Kanemaki, M.T., Obuse, C. & Hara, E.
  • Journal Title: Nat Commun. Volume: - Pages: 15287-15287
  • DOI: 10.1038/ncomms15287
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Compositionally distinct nuclear pore complexes of functionally distinct dimorphic nuclei in ciliate Tetrahymena. (2017)
  • Author(s): Iwamoto M., Osakada H., Mori C., Fukuda Y., Nagao K., Obuse C., Hiraoka Y., and Haraguchi T.
  • Journal Title: Journal of cell science Volume: 印刷中 Pages: 1822-1834
  • DOI: 10.1242/jcs.199398
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Smchd1-Hbix1依存的な不活性化 X染色体の区画化 (2018)
  • Author(s): 長尾恒治、榊原祐樹、柴田幸子、野澤竜介、坂口武久、木村宏、佐渡敬、小布施力史
  • Organizer: 第４１回日本分子生物学会年会
• [Presentation] Smchd1-Hbix1依存的な不活性化 X染色体の区画化 (2018)
  • Author(s): 長尾恒治
  • Organizer: 第６回 X染色体研究会
• [Presentation] Smchd1-Hbix1依存的な不活性化 X染色体の区画化 (2017)
  • Author(s): 長尾恒治、榊原祐樹、柴田幸子、野澤竜介、元田裕佳里、坂口武久、木村宏、佐渡敬、小布施力史
  • Organizer: 2017年度生命科学系学会合同年次大会（ConBio2017）
• [Presentation] Smchd1-Hbix1依存的な不活性化X染色体の区画化 (2017)
  • Author(s): 長尾恒治
  • Organizer: 第5回 X染色体研究会