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 2021)
• 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: 性スペクトラム / エピジェネティクス / X染色体不活性化 / 性スぺクトラム

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。我々は、以前Smchd1欠損マウス由来の胎仔線維芽細胞 (MEF) では、不活性X染色体上の約半分の遺伝子の不活性化に異常を示すこと、それらの遺伝子では抑制型ヒストン修飾 H3K27me3が失われていることを明らかにした。しかし、Smchd1依存的に発現抑制される遺伝子上のH3K27me3が、その獲得にSmchd1を必要とするのか、もしくはその維持にSmchd1を必要とするのかが明らかでなかった。そこで着床後のエピブラストのモデルとなるエピブラスト幹細胞 (EpiSCs)を樹立し解析を進め、結果Smchd1は不活性化されるべき遺伝子のH3K27me3の維持に必要であることがわかった。さらにSmchd1欠損EpiSCsやMEFでは、不活性化X染色体全体のH3K9me3修飾の領域の形成に異常を示したことから、Smchd1はH3K9me3, H3K27me3という２つのヒストン修飾の適切な領域形成を担うことで、X染色体の不活性化を維持していると考えられる。

Current Status of Research Progress

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

Reason

概要に示した着床後のエピブラストのモデルとなるエピブラスト幹細胞 (EpiSCs)を使って得られた結果について、論文投稿中である。また欠損時に、SMCHD1欠損と逆の表現型を示す新規因子HBiX2を同定し、その解析を進めている。

Strategy for Future Research Activity

欠損時にSMCHD1と逆の表現型を示すHBiX2が存在することから、SMCHD1-HBiX1経路と、HBiX2を比較しながら解析することで、SMCHD1-HBiX1がどのように遺伝子発現を抑制しているかのメカニズムを明らかにする。

Research Products

• [Journal Article] Protein phosphatase 1 acts as a RIF1 effector to suppress DSB resection prior to Shieldin action (2021)
  • Author(s): Isobe Shin-Ya、Hiraga Shin-ichiro、Nagao Koji、Sasanuma Hiroyuki、Donaldson Anne D.、Obuse Chikashi
  • Journal Title: Cell Reports Volume: 36 Pages: 109383～109383
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2021.109383
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Asymmetrical localization of Nup107-160 subcomplex components within the nuclear pore complex in fission yeast (2019)
  • Author(s): Asakawa Haruhiko、Kojidani Tomoko、Yang Hui-Ju、Ohtsuki Chizuru、Osakada Hiroko、Matsuda Atsushi、Iwamoto Masaaki、Chikashige Yuji、Nagao Koji、Obuse Chikashi、Hiraoka Yasushi、Haraguchi Tokuko
  • Journal Title: PLOS Genetics Volume: 15 Pages: e1008061
  • DOI: 10.1371/journal.pgen.1008061
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Genome-wide stability of the DNA replication program in single mammalian cells (2019)
  • Author(s): Takahashi Saori、Miura Hisashi、Shibata Takahiro、Nagao Koji、Okumura Katsuzumi、Ogata Masato、Obuse Chikashi、Takebayashi Shin-ichiro、Hiratani Ichiro
  • Journal Title: Nature Genetics Volume: 51 Pages: 529～540
  • DOI: 10.1038/s41588-019-0347-5
  • Peer Reviewed
• [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* (*Corresponding author)
  • Journal Title: Development Volume: 145 Pages: dev166462
  • 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 Riki、Nagao Koji、Kawasoe Yoshitaka、Taki Kanae、Higashi Torahiko L.、Tanaka Seiji、Nakagawa Takuro、Obuse Chikashi、Masukata Hisao、Takahashi Tatsuro S.
  • Journal Title: Genes & Development Volume: 32 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 Y.*, Nagao K.*, Hoki Y., Sasaki H., Obuse C., and Sado T. (*Contributed equally)
  • 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 Rep. 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., and Hara E.
  • Journal Title: Nat. Comm. Volume: 8 Pages: 15287
  • DOI: 10.1038/ncomms15287
  • Peer Reviewed / Open Access
• [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: J Cell Sci. Volume: 130 Pages: 1822-1834
  • DOI: 10.1242/jcs.199398
  • Peer Reviewed / Open Access
• [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