クロマチン長期記憶による環境応答制御機構

• 研究領域: 植物の成長可塑性を支える環境認識と記憶の自律分散型統御システム
• 研究課題/領域番号: 15H05963
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 生物系
• 研究機関: 東京大学 (2016-2019); 国立遺伝学研究所 (2015)
• 研究代表者: 角谷 徹仁 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (20332174)
• 研究期間 (年度): 2015-06-29 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 84,760千円 (直接経費: 65,200千円、間接経費: 19,560千円); 2019年度: 20,800千円 (直接経費: 16,000千円、間接経費: 4,800千円); 2018年度: 20,930千円 (直接経費: 16,100千円、間接経費: 4,830千円); 2017年度: 18,590千円 (直接経費: 14,300千円、間接経費: 4,290千円); 2016年度: 13,910千円 (直接経費: 10,700千円、間接経費: 3,210千円); 2015年度: 10,530千円 (直接経費: 8,100千円、間接経費: 2,430千円)
• キーワード: ヒストン修飾 / 環境応答 / ヒストンバリアント / DNAメチル化 / 非コードRNA / エピゲノム / エピジェネティクス / 維持メチル化 / ヒストン

研究成果の概要

環境条件を反映して、遺伝子のON/OFF状態はクロマチン上に記憶される。この記憶の実体はDNAやヒストンの修飾である。これらの修飾は転写制御領域として知られるプロモーターだけではなく、遺伝子の内部にも見つかるが遺伝子内部の修飾の役割は大部分未解明である。本研究では、遺伝子内部の修飾を制御する因子とその役割を遺伝学的に調べた。その結果、ヒストンH3のリジン４のモノメチル化（H3K4me1）が、転写の恒常的抑制や、低温環境の記憶、および病害応答性に関わることが明らかになった。

研究成果の学術的意義や社会的意義

植物にとって、病原応答性の記憶や季節応答性の記憶は重要であるが、その機構は大部分が未開拓である。本研究では、良く研究されているプロモーター付近でなく、遺伝子内部の修飾と表現型とのつながりを遺伝学的に調べることにより、転写状態の長期記憶に関わるヒストン脱メチル化因子の役割と制御を明らかにした。

研究成果

• [雑誌論文] Histone acetylation orchestrates wound-induced transcriptional activation and cellular reprogramming in Arabidopsis (2019)
  • 著者名/発表者名: Rymen Bart、Kawamura Ayako、Lambolez Alice、Inagaki Soichi、Takebayashi Arika、Iwase Akira、Sakamoto Yuki、Sako Kaori、Favero David S.、Ikeuchi Momoko、Suzuki Takamasa、Seki Motoaki、Kakutani Tetsuji、Roudier Fran?ois、Sugimoto Keiko
  • 雑誌名: Communications Biology 巻: 2 号: 1 ページ: 404-404
  • DOI: 10.1038/s42003-019-0646-5
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Seasonal Stability and Dynamics of DNA Methylation in Plants in a Natural Environment (2019)
  • 著者名/発表者名: Ito、Nishio、Tarutani、Emura、Honjo、Toyoda、Fujiyama、Kakutani、Kudoh
  • 雑誌名: Genes 巻: 10 号: 7 ページ: 544-544
  • DOI: 10.3390/genes10070544
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Genome defense against integrated organellar DNA fragments from plastids into plant nuclear genomes through DNA methylation (2019)
  • 著者名/発表者名: Yoshida Takanori、Furihata Hazuka Y.、To Taiko Kim、Kakutani Tetsuji、Kawabe Akira
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 9 号: 1 ページ: 2060-2060
  • DOI: 10.1038/s41598-019-38607-6
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Primed histone demethylation regulates shoot regenerative competency. (2019)
  • 著者名/発表者名: Ishihara H, Sugimoto K, Tarr PT, Temman H, Kadokura S, Inui Y, Sakamoto T, Sasaki T, Aida M, Suzuki T, Inagaki S, Morohashi K, Seki M, Kakutani T, Meyerowitz EM, Matsunaga S.
  • 雑誌名: Nat Commun 巻: 16 号: 1 ページ: 1786-1786
  • DOI: 10.1038/s41467-019-09386-5
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] DNA Methylation Diversification at the Integrated Organellar DNA-Like Sequence (2018)
  • 著者名/発表者名: Yoshida Takanori、Tarutani Yoshiaki、Kakutani Tetsuji、Kawabe Akira
  • 雑誌名: Genes 巻: 9 号: 12 ページ: 602-602
  • DOI: 10.3390/genes9120602
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Transposable elements, genome evolution and transgenerational epigenetic variation. (2018)
  • 著者名/発表者名: Hosaka, A., and Kakutani, T.
  • 雑誌名: Curr Opin Genet Dev. 巻: 49 ページ: 43-48
  • 査読あり
• [雑誌論文] Transposable elements, genome evolution and transgenerational epigenetic variation (2018)
  • 著者名/発表者名: Hosaka, A., Kakutani, T.
  • 雑誌名: Current Opinion in Genetics & Development 巻: 49 ページ: 43-48
  • DOI: 10.1016/j.gde.2018.02.012
  • 査読あり
• [雑誌論文] Gene-body chromatin modification dynamics mediate epigenome differentiation in Arabidopsis. (2017)
  • 著者名/発表者名: Inagaki S., Takahashi M., Hosaka A., Ito T., Toyoda A., Fujiyama A., Tarutani Y., and Kakutani T.
  • 雑誌名: EMBO J 巻: 36 号: 8 ページ: 970-980
  • DOI: 10.15252/embj.201694983
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Evolution of sequence-specific anti-silencing systems in Arabidopsis (2017)
  • 著者名/発表者名: Hosaka Aoi、Saito Raku、Takashima Kazuya、Sasaki Taku、Fu Yu、Kawabe Akira、Ito Tasuku、Toyoda Atsushi、Fujiyama Asao、Tarutani Yoshiaki、Kakutani Tetsuji
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 8 号: 1 ページ: 2161-2161
  • DOI: 10.1038/s41467-017-02150-7
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A stress-Activated Transposon in Arabidopsis Induces transgenerational Abscisic Acid Insensitivity. Scientific Reports. (2016)
  • 著者名/発表者名: Ito H, Kim JM, Matsunaga W, Saze H, Matsui A, Endo TA, 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.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 6, Article number: 23181 号: 1 ページ: 1-12
  • DOI: 10.1038/srep23181
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 遺伝子内ヒストン修飾によるエピゲノム分化制御 (2019)
  • 著者名/発表者名: 角谷徹仁
  • 学会等名: 日本細胞生物学会第７1回大会ワークショップ「染色体のホメオスタティック制御システム」
• [学会発表] Control of convergently transcribed genes through modulating gene-body chromatin modification (2019)
  • 著者名/発表者名: 稲垣宗一
  • 学会等名: "Epigenetics"Gordon Research Conference
• [学会発表] セントロメア特異的に転移するレトロトランスポゾンTal1の挿入領域のロングリードシーケンスによる解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 塚原小百合、加藤夏恵、河邊昭、豊田敦、角谷徹仁
  • 学会等名: 日本遺伝学会第91回大会
• [学会発表] トランスポゾンの遺伝子コード領域および非コード領域におけるヘテロクロマチンの消失とその継世代的回復 (2019)
  • 著者名/発表者名: 藤泰子、西澤優一郎、稲垣宗一、樽谷芳明、富永さとみ、加藤夏恵、高橋まゆみ、高嶋和哉、豊田敦、藤山秋佐夫、角谷徹仁
  • 学会等名: 日本遺伝学会第91回大会
• [学会発表] 遺伝子内クロマチン修飾によるコンバージェント遺伝子の転写制御 (2019)
  • 著者名/発表者名: 稲垣宗一、高橋まゆみ、高嶋和哉、角谷徹仁
  • 学会等名: 日本遺伝学会第91回大会
• [学会発表] シロイヌナズナPaf1C変異体における遺伝子内クロマチン修飾の解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 森秀世、大矢恵代、稲垣宗一、角谷徹仁
  • 学会等名: 日本遺伝学会第91回大会
• [学会発表] Control of convergently transcribed genes through modulating gene-body chromatin modification (2019)
  • 著者名/発表者名: 稲垣宗一
  • 学会等名: 新学術領域研究「環境記憶統合」第5回若手の会
• [学会発表] Fantastic H3K4 methylases and where to find them (2019)
  • 著者名/発表者名: 大矢恵代
  • 学会等名: 新学術領域研究「環境記憶統合」第5回若手の会
• [学会発表] Analysis of the relaationship between ecquisition of environmental stress-induced memory and epigenetic changes in fission yeast. (2019)
  • 著者名/発表者名: 星野新
  • 学会等名: 新学術領域研究「環境記憶統合」第5回若手の会
• [学会発表] Analysis of repeats-targeted_de novo_integration of retrotransposons by PacBio sequencing (2019)
  • 著者名/発表者名: 塚原小百合、角谷徹仁
  • 学会等名: 「先進ゲノム支援」2019年度拡大班会議
• [学会発表] The gene body H3K4mel dynamics mediate heterochromatin silencing (2018)
  • 著者名/発表者名: Tetsuji Kakutani
  • 学会等名: CSHA meeting: Chromatin, Epigenetics & Transcription
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Evolution of sequence-specific anti-silencing DNA demethylation systems by transposon-encoded anti-silencing factor (2018)
  • 著者名/発表者名: 齋藤絡、角谷徹仁
  • 学会等名: CSHA meeting: Chromatin, Epigenetics & Transcription
  • 国際学会
• [学会発表] トランスポゾンの抗抑制因子が備える標的特異性多様化機構 (2018)
  • 著者名/発表者名: 斎藤絡
  • 学会等名: 第12回日本エピジェネティクス研究会
• [学会発表] Evolution of sequence-specific anti-silencing systems in Arabidopsis (2018)
  • 著者名/発表者名: Tetsuji Kakutani
  • 学会等名: Annual meeting of Society for Molecular Biology and Evolution
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] シロイヌナズナにおけるヒストンバリアントH2A.ZとDNAメチル化の拮抗作用 (2018)
  • 著者名/発表者名: 西澤優一郎、藤泰子、富永さやか、角谷徹仁
  • 学会等名: 日本遺伝学会第90回大会
  • 招待講演
• [学会発表] シロイヌナズナのトランスポゾンVANDAL21の活性制御におけるRNAと抗抑制因子の拮抗的制御 (2018)
  • 著者名/発表者名: 佐々木卓、加藤夏恵、樽谷芳明、角谷徹仁
  • 学会等名: 日本遺伝学会第90回大会
• [学会発表] 分裂酵母を用いた遺伝子内クロマチン修飾動態制御の解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 稲垣宗一、高畑信也、村上洋太、角谷徹仁
  • 学会等名: 日本遺伝学会第90回大会
• [学会発表] RNAi targets sequence-specific anti-silencing systems of DNA TE in Arabidopsis (2018)
  • 著者名/発表者名: Tetsuji Kakutani
  • 学会等名: CSH meeting: Transposable Elements
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Evolution of sequence-specific anti-silencing systems in Arabidopsis (2018)
  • 著者名/発表者名: Tetsuji Kakutani
  • 学会等名: International symposium of Plant Epi/Genetics
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 遺伝子内部のクロマチン修飾動態がシロイヌナズナのエピゲノム分化を仲介する (2017)
  • 著者名/発表者名: 稲垣宗一、高橋まゆみ、保坂碧、伊藤佑、豊田敦、藤山秋佐夫、樽谷芳明、角谷徹仁
  • 学会等名: 第11回日本エピジェネティクス研究会
• [学会発表] シロイヌナズナの配列特異的抗抑制機構の早い進化 (2017)
  • 著者名/発表者名: 保坂碧、斎藤絡、高嶋和哉、佐々木卓、樽谷芳明、角谷徹仁
  • 学会等名: 第11回日本エピジェネティクス研究会
• [学会発表] トランスポゾンにコードされる抗抑制因子の特異性と多様性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 斎藤絡、佐々木卓、保坂碧、樽谷芳明、角谷徹仁
  • 学会等名: 第11回日本エピジェネティクス研究会
• [学会発表] シロイヌナズナの配列特異的抗抑制系とその速い進化 (2017)
  • 著者名/発表者名: 保坂碧, 斎藤絡、高嶋和哉、佐々木卓、樽谷芳明、角谷徹仁
  • 学会等名: 日本遺伝学会第89回大会
• [学会発表] Evolution of sequence-specific anti-silencing system in Arabidopsis (2017)
  • 著者名/発表者名: 角谷徹仁
  • 学会等名: France・Japan Epigenetics workshop 2017
• [学会発表] DNA methylation and trans-generational inheritance in plants (2017)
  • 著者名/発表者名: 角谷徹仁
  • 学会等名: Three Special Seminar
• [学会発表] 配列特異的抗抑制系の進化 (2017)
  • 著者名/発表者名: 角谷徹仁
  • 学会等名: 第40回日本分子生物学会
• [学会発表] Rapid evolution of sequence-specific anti-silencing systems in Arabidopsis. (2016)
  • 著者名/発表者名: T Kakitani
  • 学会等名: Cold Spring Harbor Meeting “Transposable Elements”
  • 発表場所: Cold Spring Harbor, NY, USA
  • 年月日: 2016-11-04
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] DNAメチル化消失の世代をこえた継承とその回復 (2016)
  • 著者名/発表者名: 藤泰子、樽谷芳明、加藤夏絵、稲垣宗一、伊藤佑、高橋まゆみ、豊田敦、藤山秋佐夫、Vincent Colot、角谷徹仁
  • 学会等名: 日本遺伝学会第８８回大会
  • 発表場所: 日本大学国際関係学部（静岡県三島市）
  • 年月日: 2016-09-07
• [学会発表] 遺伝子内部のヒストン修飾動態がシロイヌナズナの遺伝子サイレンシングに関わる (2016)
  • 著者名/発表者名: 稲垣宗一、高橋まゆみ、角谷徹仁
  • 学会等名: 日本遺伝学会第８８回大会
  • 発表場所: 日本大学国際関係学部（静岡県三島市）
  • 年月日: 2016-09-07
• [学会発表] シロイヌナズナの配列特異的抗抑制系とその速い進化 (2016)
  • 著者名/発表者名: 保坂碧、斎藤絡、高島和哉、佐々木卓、河辺昭、伊藤佑、豊田敦、藤山秋佐夫、樽谷芳明、角谷徹仁
  • 学会等名: 日本遺伝学会第８８回大会
  • 発表場所: 日本大学国際関係学部（静岡県三島市）
  • 年月日: 2016-09-07
• [学会発表] VANDAL属トランスポゾンがコードする抗抑制因子の特異性と多様性 (2016)
  • 著者名/発表者名: 斎藤絡、高島和哉、樽谷芳明、角谷徹仁
  • 学会等名: 日本遺伝学会第８８回大会
  • 発表場所: 日本大学国際関係学部（静岡県三島市）
  • 年月日: 2016-09-07
• [学会発表] シロイヌナズナの転移因子VANDAL21の不活性化機構 (2016)
  • 著者名/発表者名: 佐々木卓、樽谷芳明、角谷徹仁
  • 学会等名: 日本遺伝学会第８８回大会
  • 発表場所: 日本大学国際関係学部（静岡県三島市）
  • 年月日: 2016-09-07
• [学会発表] トランスポゾンによる配列特異的な抗抑制の進化 (2016)
  • 著者名/発表者名: 斎藤絡
  • 学会等名: 第57回植物生理学会
  • 発表場所: 岩手大学上田キャンパス（岩手県）
  • 年月日: 2016-03-18
• [学会発表] Evolution of sequence-specific anti-silencing by transposable elements in Arabidopsis (2016)
  • 著者名/発表者名: 角谷徹仁
  • 学会等名: 染色体OS－国際シンポジウム
  • 発表場所: 淡路夢舞台国際会議場（兵庫県）
  • 年月日: 2016-03-02
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] シロイヌナズナのDNAメチル化とエピジェネティックな遺伝 (2015)
  • 著者名/発表者名: 角谷徹仁
  • 学会等名: 第38回日本分子生物学会
  • 発表場所: 神戸ポートアイランド（兵庫県）
  • 年月日: 2015-12-01
• [学会発表] Genome-wide negative feedback system for transgenerational DNA methylation dynamics in Arabidopsis (2015)
  • 著者名/発表者名: Tasuku Ito, Yoshiaki Tarutani, Taiko K.To, Kazuya Takashima, Hidetoshi Saze, Atsushi Toyoda, Asao Fujiyama, Tetsuji Kakutani
  • 学会等名: 内藤コンファレンス2015
  • 発表場所: シャトレーゼ ガトーキングダム 札幌（北海道）
  • 年月日: 2015-09-16
  • 国際学会