染色体４次元構造解析にもとづくゲノム維持・継承メカニズムの解明

• 研究課題/領域番号: 15H02369
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: ゲノム生物学
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 白髭 克彦 東京大学, 分子細胞生物学研究所, 教授 (90273854)
• 研究分担者: 須谷 尚史 東京大学, 分子細胞生物学研究所, 講師 (30401524)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 43,420千円 (直接経費: 33,400千円、間接経費: 10,020千円); 2017年度: 12,480千円 (直接経費: 9,600千円、間接経費: 2,880千円); 2016年度: 12,480千円 (直接経費: 9,600千円、間接経費: 2,880千円); 2015年度: 18,460千円 (直接経費: 14,200千円、間接経費: 4,260千円)
• キーワード: 染色体高次構造 / 細胞周期 / コンデンシン / コヒーシン / 機械学習 / 染色体 / 染色体構築原理 / 次世代シークエンサー / ゲノム維持

研究成果の概要

in situ Hi-C法を導入し、解析データから染色体構造を可視化するパイプラインと結果を可視化するシステムを構築した。本方法を利用し、細胞周期における高次構造の変遷を捉えた。特筆すべき業績として、1)コンデンシンが転写の際に生じる一本鎖DNAを巻き戻し、染色体凝縮を誘導すること、b)ヒトでは２種類あるコヒーシンアセチル化酵素（ESCO1および2）が役割分担をしており、1は細胞周期を通じたアセチル化により姉妹染色分体間接着を誘導し、2は複製装置であるヘリカーゼとともに染色体上を移動し、接着に機能すること、c)機械学習により分裂酵母の複製開始点が３つの要素に依り決定されていること、を見出した。

研究成果

• [国際共同研究] オックスフォード大学/クリック研究所(英国)
• [国際共同研究] ペンシルバニア大学/フィラデルフィアこども病院(米国)
• [国際共同研究] カロリンスカ研究所(スウェーデン)
• [雑誌論文] DBTSS/DBKERO for integrated analysis of transcriptional regulation (2018)
  • 著者名/発表者名: Suzuki Ayako、Kawano Shin、Mitsuyama Toutai、Suyama Mikita、Kanai Yae、Shirahige Katsuhiko、Sasaki Hiroyuki、Tokunaga Katsushi、Tsuchihara Katsuya、Sugano Sumio、Nakai Kenta、Suzuki Yutaka
  • 雑誌名: Nucleic Acids Research 巻: 46 号: (D1) ページ: D229-D238
  • DOI: 10.1093/nar/gkx1001
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Statistical Analysis and Quality Assessment of ChIP-seq Data with DROMPA. (2018)
  • 著者名/発表者名: Nakato R, Shirahige K.
  • 雑誌名: Methods Mol Biol. 巻: 1672 ページ: 631-643
  • DOI: 10.1007/978-1-4939-7306-4_41
  • ISBN: 9781493973057, 9781493973064
  • 査読あり
• [雑誌論文] interleukin-11 induces and maintains progenitors of different cell lineages during Xenopus tadpole tail regeneration (2017)
  • 著者名/発表者名: Tsujioka Hiroshi、Kunieda Takekazu、Katou Yuki、Shirahige Katsuhiko、Fukazawa Taro、Kubo Takeo
  • 雑誌名: Nature Comunications 巻: 8 号: 1 ページ: 495-495
  • DOI: 10.1038/s41467-017-00594-5
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] An In Vitro Human Liver Model by iPSC-Derived Parenchymal and Non-parenchymal Cells. (2017)
  • 著者名/発表者名: Koui Y, Kido T, Ito T, Oyama H, Chen SW, Katou Y, Shirahige K, Miyajima A.
  • 雑誌名: Stem Cell Reports. 巻: 9 号: 2 ページ: 490-498
  • DOI: 10.1016/j.stemcr.2017.06.010
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Genome-Wide Target Analyses of Otx2 Homeoprotein in Postnatal Cortex (2017)
  • 著者名/発表者名: Sakai Akiko、Nakato Ryuichiro、Ling Yiwei、Hou Xubin、Hara Norikazu、Iijima Tomoya、Yanagawa Yuchio、Kuwano Ryozo、Okuda Shujiro、Shirahige Katsuhiko、Sugiyama Sayaka
  • 雑誌名: Frontiers in Neuroscience 巻: 11 ページ: 307-307
  • DOI: 10.3389/fnins.2017.00307
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Rtt101-Mms1-Mms22 coordinates replication-coupled sister chromatid cohesion and nucleosome assembly (2017)
  • 著者名/発表者名: Zhang J, Shi D, Li X, Ding L, Tang J, Liu C, Shirahige K, Cao Q, Lou H.
  • 雑誌名: EMBO Rep. 巻: 18 号: 8 ページ: 1294-1305
  • DOI: 10.15252/embr.201643807
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Decreased cohesion in the brain leads to defective synapse development and anxiety-related behavior (2017)
  • 著者名/発表者名: Fujita Y, Masuda K, Bando M, Nakato R, Katou Y, Tanaka T, Nakayama M, Takao K, Miyakawa T, Tanaka T, Ago Y, Hashimoto H, Shirahige K, Yamashita T.
  • 雑誌名: J. Exp. Med. 巻: 印刷中 号: 5 ページ: 1431-1452
  • DOI: 10.1084/jem.20161517
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Cornelia de Lange syndrome and molecular implications of the cohesin complex: Abstracts from the 7th biennial scientific and educational symposium 2016. (2017)
  • 著者名/発表者名: Kline AD, Krantz ID, Deardorff MA, Shirahige K, Dorsett D, Gerton JL, Wu M, Mehta D, Mills JA, Carrico CS, Noon S, Herrera PS, Horsfield JA, Bettale C, Morgan J, Huisman SA, Moss J, McCleery J, Grados M, Hansen BD, Srivastava S, Taylor-Snell E, Kerr LM, Katz O, Calof AL, Musio A, Egense A, Haaland RE.
  • 雑誌名: Am J Med Genet A. 巻: 173(5) 号: 5 ページ: 1172-1185
  • DOI: 10.1002/ajmg.a.38161
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] ChIP-seq Analysis of Condensin Complex in Cultured Mammalian Cells. (2017)
  • 著者名/発表者名: Sakata T, Shirahige K, Sutani T.
  • 雑誌名: Methods Mol Biol. 巻: 1515 ページ: 257-271
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] ASBEL-TCF3 complex is required for the tumorigenicity of colorectal cancer cells. (2016)
  • 著者名/発表者名: Taniue K, Kurimoto A, Takeda Y, Nagashima T, Okada-Hatakeyama M, Yuki K, Katsuhiko S, Akiyama T.
  • 雑誌名: Proc Natl Acad Sci U S A. 巻: 113 号: 45 ページ: 12739-12744
  • DOI: 10.1073/pnas.1605938113
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] MYU, a Target lncRNA for Wnt/c-Myc Signaling, Mediates Induction of CDK6 to Promote Cell Cycle Progression. (2016)
  • 著者名/発表者名: Kawasaki Y, Komiya M, Matsumura K, Negishi L, Suda S, Okuno M, Yokota N, Osada T, Nagashima T, Hiyoshi M, Okada-Hatakeyama M, Kitayama J, Shirahige K, Akiyama T.
  • 雑誌名: Cell Rep. 巻: 16(10) 号: 10 ページ: 2554-64
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2016.08.015
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] ARCN1 Mutations Cause a Recognizable Craniofacial Syndrome Due to COPI-Mediated Transport Defects. (2016)
  • 著者名/発表者名: Izumi K, Brett M, Nishi E, Drunat S, Tan ES, Fujiki K, Lebon S, Cham B, Masuda K, Arakawa M, Jacquinet A, Yamazumi Y, Chen ST, Verloes A, Okada Y, Katou Y, Nakamura T, Akiyama T, Gressens P, Foo R, Passemard S, Tan EC, El Ghouzzi V, Shirahige K.
  • 雑誌名: Am J Hum Genet. 巻: 99(2) 号: 2 ページ: 451-9
  • DOI: 10.1016/j.ajhg.2016.06.011
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] DNMT3A R882 mutants interact with polycomb proteins to block haematopoietic stem and leukaemic cell differentiation. (2016)
  • 著者名/発表者名: Koya J, Kataoka K, Sato T, Bando M, Kato Y, Tsuruta-Kishino T, Kobayashi H, Narukawa K, Miyoshi H, Shirahige K, Kurokawa M.
  • 雑誌名: Nat Commun. 巻: 7 号: 1 ページ: 10924-10924
  • DOI: 10.1038/ncomms10924
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Recent advances in ChIP-seq analysis: from quality management to whole-genome annotation. (2016)
  • 著者名/発表者名: Nakato R, Shirahige K.
  • 雑誌名: Brief Bioinform 巻: 12 ページ: 1-12
  • DOI: 10.1093/bib/bbw023
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Rif1 binds to G-quadruplexes and suppresses replication over long distances. (2015)
  • 著者名/発表者名: Yutaka Kanoh, Seiji Matsumoto, Rino Fukatsu, Naoko Kakusho, Nobuaki Kono, Claire Renard-Guillet, Koji Masuda, Keisuke Iida, Kazuo Nagasawa, Katsuhiko Shirahige, and *Hisao Masai
  • 雑誌名: Nature Struct. Mol. Biol. 巻: 22 号: 11 ページ: 889-897
  • DOI: 10.1038/nsmb.3102
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] The Deubiquitinating Enzyme USP7 Regulates Androgen Receptor Activity by Modulating Its Binding to Chromatin (2015)
  • 著者名/発表者名: Shu-Ting Chen, Maiko Okada, Ryuichiro Nakato, Kosuke Izumi, Masashige Bando and Katsuhiko Shirahige
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: 290 号: 35 ページ: 21713-21723
  • DOI: 10.1074/jbc.m114.628255
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Transcriptional regulation by cohesin and its loader (2017)
  • 著者名/発表者名: Katsuhiko Shirahige
  • 学会等名: 第9回NAGOYAグローバルリトリート
  • 発表場所: 愛知健康プラザ、愛知県大府市
  • 年月日: 2017-02-10
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Organization of 3D genome structure mediated by cohesin and CTCF (2017)
  • 著者名/発表者名: Toyonari Sakata, Katsuhiko Shirahige
  • 学会等名: EMBO Workshop “Evolution in the Time of Genome Architecture”
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Analysis of human chromosome organization mediated by cohesin complex (2017)
  • 著者名/発表者名: Toyonari Sakata, Katsuhiko Shirahige
  • 学会等名: Genetic Networks (GN) Workshop
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] コヒーシンと染色体の高次機能 (2017)
  • 著者名/発表者名: Toyonari Sakata, Katsuhiko Shirahige
  • 学会等名: 第76回日本癌学会学術総会
  • 招待講演
• [学会発表] Genetic Link of Human Rare Diseases Identify Regulatory Mechanism of Transcription by Cohesin and its Loader (2016)
  • 著者名/発表者名: Katsuhiko Shirahige
  • 学会等名: CIFAR Genetic Network Workshop
  • 発表場所: カナダ、トロント
  • 年月日: 2016-04-15
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] コヒーシンローダーNIPBLによる転写制御 (2016)
  • 著者名/発表者名: 白髭克彦
  • 学会等名: 第33回染色体ワークショップ 第14回核ダイナミクス研究会
  • 発表場所: 宮城県宮城郡松島町
  • 年月日: 2016-01-13
  • 招待講演
• [学会発表] How cohesin and its loader regulate transcription? Clues from newly identi ed disease andin vitro reconstitution system (2016)
  • 著者名/発表者名: Katsuhiko Shirahige
  • 学会等名: トロント大学のセミナー
  • 発表場所: カナダ、トロント
  • 招待講演
• [学会発表] コヒーシンローダー、コヒーシンによる転写伸長制御 (2015)
  • 著者名/発表者名: 白髭克彦
  • 学会等名: 第23回 DNA複製・組換え・修復ワークショップ
  • 発表場所: 静岡県焼津市
  • 年月日: 2015-10-19
  • 招待講演