| Project Area | Mechanisms underlying replication of non-genomic codes that mediate plasticity and robustness for cellular inheritance |
|---|
| Project/Area Number |
19H05745
|
|---|
| 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 | Institute of Physical and Chemical Research |
|---|
Principal Investigator |
古関 明彦 国立研究開発法人理化学研究所, 生命医科学研究センター, チームリーダー (40225446)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
遠藤 高帆 国立研究開発法人理化学研究所, 生命医科学研究センター, 技師 (40384862)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2024-03-31
|
| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
|
| Budget Amount *help |
¥137,280,000 (Direct Cost: ¥105,600,000、Indirect Cost: ¥31,680,000)
Fiscal Year 2022: ¥25,220,000 (Direct Cost: ¥19,400,000、Indirect Cost: ¥5,820,000)
Fiscal Year 2021: ¥27,170,000 (Direct Cost: ¥20,900,000、Indirect Cost: ¥6,270,000)
Fiscal Year 2020: ¥23,400,000 (Direct Cost: ¥18,000,000、Indirect Cost: ¥5,400,000)
Fiscal Year 2019: ¥38,090,000 (Direct Cost: ¥29,300,000、Indirect Cost: ¥8,790,000)
|
|---|
| Keywords | ポリコム群 / クロマチン複製 / DNA複製 / DNAメチル化 |
|---|
| Outline of Research at the Start |
ポリコム群による抑制が、分裂後の細胞へ伝達されるメカニズムは今も未知である。ポリコム群のひとつEPCが、DNA複製メカニズムとカップルし、DNA メチル化維持、複製後ヌクレオソーム再構築メカニズムとリンクすることを見出し、この問題解決へのひとつの入り口を与えた。一方、DNA複製とカップルするDNAメチル化維持メカニズムとポリコム群による抑制がリンクすることも明らかにしてきた。本研究では、DNA メチル化維持メカニズムとポリコム群の再構築過程はどのように機能的にリンクするのか？、及び、ヌクレオソーム再構築メカニズムとポリコム群再構築過程の間の機能的にリンクするのか？という問いに挑戦する。
|
| Outline of Annual Research Achievements |
これまで、DNMT1を欠損したES細胞ではCpGアイランドを持つポリコム群標的遺伝子が優位に脱抑制されてくることを見出した。この脱抑制は、NP95(UHRF1)に依存する。NP95は、E3ユビキチン化酵素としても作用することから、その基質のスクリーニングを行ってきた。NP95はポリコム群の重要な因子であるEEDをユビキチン化し、プロテアソームを介してEEDを分解する。一方、DNMT1はNP95のその活性に対して抑制的に作用して、ポリコム群の活性に貢献していることが示唆された。
ヌクレオソーム再構築メカニズム、ヴァリアントヒストン、及び、ポリコム群再構築過程の間の機能的にリンクするのかという点について、EPCとPCGF1-PRC1に焦点を絞った研究を行ってきた。EPCは複製にカップルして起こる親染色体からのヒストンのリサイクルと、新規合成されたヒストンの取り込みの２つの経路の作動に必要なことが明らかにされ、EPCは複製に伴うヌクレオソーム再構築に寄与すると結論付けられた。EPCは、バリアントヒストンH2A.ZとそのトンシャペロンであるANP32E、娘DNA鎖のメチル化に関わるDNMT1とNP95(UHRF1)、ヒストンメチル化の関連因子であるポリコム群タンパク質（SUZ12, EZH2など）などを新生ヌクレオソームにロードし、複製後の非ゲノム情報の維持に寄与することを示した。また、PCGF1-PRC1についても、複製フォーク近傍に局在して作用していることを見出した。特に血球系前駆細胞において、PCGF1-PRC1はDNA複製期に、複製フォーク近傍のクロマチン環境を最適化することで、ミエロイド分化の亢進を制御することを示した。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
哺乳類ポリコム群であるEPC(Enhancer of Polycomb)は、オーファンポリコムとして位置づけられている。EPC-KO ES細胞では新生鎖DNAにおけるヌクレオソーム密度が低下する。この時、EPCは複製にカップルして起こる親染色体からのヒストンのリサイクルと、新規合成されたヒストンの取り込みの２つの経路の作動に必要なことが明らかにされた。その結果として、EPCを欠損すると染色体全体に渡りヌクレオソーム構造が不完全となることが示された。EPCは、複製に伴うヌクレオソーム再構築に寄与すると結論付けられた。その作用機構を解明するために、新生鎖クロマチンのプロテオーム解析(iPOND-MS)を行った。EPC-KO ES細胞では、バリアントヒストンH2A.ZとそのトンシャペロンであるANP32E、娘DNA鎖のメチル化に関わるDNMT1とNP95(UHRF1)、ヒストンメチル化の関連因子であるポリコム群タンパク質（SUZ12, EZH2など）などが減少することが明らかになった。それに対応して、EPC-KO ES細胞では、ゲノム全体にわたるDNAメチル化の低下が見られた。このように、EPCは複製後の非ゲノム情報の維持を介して、染色体安定性に寄与することが示された。
一方、NP95は、DNMT1との協働によってDNAメチル化継承に寄与するだけでなく、E3ユビキチン化酵素としても作用することから、その基質のスクリーニングを行ってきた。NP95はポリコム群の重要な因子であるEEDをユビキチン化し、プロテアソームを介してEEDを分解する。一方、DNMT1はNP95のその活性に対して抑制的に作用して、ポリコム群の活性に貢献していることが示唆された。
|
| Strategy for Future Research Activity |
EPC１/2が、クロマチン複製に必須の因子であることは明らかになったが、これらがどのようにポリコム群機能の制御に寄与するのかは未知である。この埋められていないギャップに当てはまる候補として、DNMT1/NP95 (UHRF1)を見出してきた。これらは、複製フォークに結合し、DNAメチル化の維持に寄与するタンパク複合体として同定してきたものだが、同時にヒストンにリンクする様々なクロマチン制御に寄与することも見出してきた。実際、EPC１/2の欠損により、DNMT1/UHRF1の複製フォークへのリクルートメントは大きく損なわれる。また、DNMT1の欠損により、ポリコム群の標的遺伝子群への結合も大きく損なわれることを見出してきた。今後、DNMT1/UHRF1の複製フォークが、ポリコム群に作用するメカニズムを中心に解析を進めていく。
|
Report
(2 results)
Research Products
(26 results)
-
-
[Journal Article] Combined Cohesin-RUNX1 Deficiency Synergistically Perturbs Chromatin Looping and Causes Myelodysplastic Syndromes.2020
Author(s)
Ochi Y, Kon A, Sakata T, Nakagawa MM, Nakazawa N, Kakuta M, Kataoka K, Koseki H, Nakayama M, Morishita D, Tsuruyama T, Saiki R, Yoda A, Okuda R, Yoshizato T, Yoshida K, Shiozawa Y, Nannya Y, Kotani S, Kogure Y, Kakiuchi N, Nishimura T, Makishima H, Malcovati L, Yokoyama A, Takeuchi K, Sugihara E, Sato TA, Sanada M, Takaori-Kondo A, Cazzola M, Kengaku M, Miyano S, Shirahige K, Suzuki HI, Ogawa S.
-
Journal Title
Cancer Discovery
Volume: -
Issue: 6
Pages: 836-853
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
-
[Journal Article] Tet2 and Tet3 in B cells are required to repress CD86 and prevent autoimmunity2020
Author(s)
Tanaka, S. Ise, W. Inoue, T. Ito, A. Ono, C. Shima, Y. Sakakibara, S. Nakayama, M. Fujii, K. Miura, I. Sharif, J. Koseki, H. Koni, P. A. Raman, I. Li, Q. Z. Kubo, M. Fujiki, K. Nakato, R. Shirahige, K. Araki, H. Miura, F. Ito, T. Kawakami, E. Baba, Y. Kurosaki, T.
-
Journal Title
Nat. Immunol.
Volume: 21
Pages: 950-961
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
-
[Journal Article] Molecular pathogenesis of progression to myeloid leukemia from TET-insufficient status.2020
Author(s)
Shrestha R, Sakata-Yanagimoto M, Maie K, Oshima M, Ishihara M, Suehara Y, Fukumoto K,1 Nakajima-Takagi Y, Matsui H, Kato T, Muto H, Sakamoto T, Kusakabe M, Nannya Y, Makishima H, Ueno H, Saiki R, Ogawa S, Chiba K, Shiraishi Y, Miyano S, Mouly E, Bernard OA, Inaba T, Koseki H, Iwama A, Chiba S
-
Journal Title
Blood Advances
Volume: 4(5)
Pages: 845-854
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
[Journal Article] KDM2B in polycomb repressive complex 1.1 functions as a tumor suppressor in the initiation of T-cell leukemogenesis.2019
Author(s)
Isshiki Y, Nakajima-Takagi Y, Oshima M, Aoyama K, Rizk M, Kurosawa S, Saraya A, Kondo T, Sakaida E, Nakaseko C, Yokote K, Koseki H, Iwama A.
-
Journal Title
Blood Advances
Volume: 3
Pages: 2537-2549
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
