グアニン４重鎖とRif1蛋白質を用いた染色体ループ構造の改変によるゲノム機能操作

• 研究課題/領域番号: 16K14675
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 分子生物学
• 研究機関: 公益財団法人東京都医学総合研究所
• 研究代表者: 正井 久雄 公益財団法人東京都医学総合研究所, ゲノム医科学研究分野, 所長 (40229349)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円); 2018年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2017年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2016年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
• キーワード: Rif1タンパク質 / クロマチンループ / 核内染色体構造 / 複製タイミング / グアニン４重鎖構造 / 核膜 / 染色体ループ構造 / ゲノム改変 / グアニン4重鎖 / Rif1 / 染色体核内配置 / DNA結合 / クロマチン動態 / 核機能 / グアニン４重鎖

研究成果の概要

グアニン4重鎖DNA結合タンパク質Rif1を用い、染色体の核内配置や高次構築を操作する為に、(1) 発現レベルの変動によるクロマチン構造の操作、(2)人為的なRif1局在化によるクロマチンループ構造の操作、を検討した。Rif1増産は、S期障害、染色体構造異常と同時に、short spindleでのM期の停止も誘導した。この効果はRif1のフォスファターゼ結合に依存せず、染色体への結合による。又、今回Rif1の染色体結合欠損変異体L848Sを発見し、これを別のDNA結合ドメインを介して特定の部位に局在化させたが、発現レベルが低い為か、クロマチン構造改変、複製タイミングへの効果は観察されなかった。

研究成果の学術的意義や社会的意義

Rif1はTAD(Topologically Associated Domain)等に関連したクロマチン高次構造を、G4結合を介して形成する。このクロマチンドメインは、複製タイミングや転写等の制御ユニットとなる。ゲノム操作が容易な分裂酵母を用いて、今回、それ自身ではクロマチンに結合しない変異Rif1を同定した。これを用いて、別のDNA結合ドメインを介して、任意の場所にRif1を局在化し、近傍のクロマチン高次構造を変化させうる可能性が生まれた。この方法は、特定の遺伝子のみを標的とするのではなく、クロマチンドメイン全体を制御可能であり、従来のゲノム操作技術とは異なる、新しい細胞改変技術をもたらす。

研究成果

• [雑誌論文] Both a Unique Motif at the C Terminus and an N-Terminal HEAT Repeat Contribute to G-Quadruplex Binding and Origin Regulation by the Rif1 Protein (2018)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi Shunsuke、Fukatsu Rino、Kanoh Yutaka、Kakusho Naoko、Matsumoto Seiji、Chaen Shigeru、Masai Hisao
  • 雑誌名: Molecular and Cellular Biology 巻: 39 号: 4
  • DOI: 10.1128/mcb.00364-18
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Oligomer formation and G-quadruplex binding by purified murine Rif1 protein, a key organizer of higher-order chromatin architecture (2018)
  • 著者名/発表者名: Moriyama Kenji、Yoshizawa-Sugata Naoko、Masai Hisao
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: 293 号: 10 ページ: 3607-3624
  • DOI: 10.1074/jbc.ra117.000446
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A BTB-ZF protein, ZNF131, is required for early B cell development (2018)
  • 著者名/発表者名: Iguchi T, Miyauchi E, Watanabe S, Masai H, Miyatake S
  • 雑誌名: Biochem Biophys Res Commun. 巻: 501 号: 2 ページ: 570-575
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2018.05.044
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Molecular architecture of G-quadruplex structures generated on duplex Rif1-binding sequences (2018)
  • 著者名/発表者名: Masai Hisao、Kakusho Naoko、Fukatsu Rino、Ma Yue、Iida Keisuke、Kanoh Yutaka、Nagasawa Kazuo
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: 293 号: 44 ページ: 17033-17049
  • DOI: 10.1074/jbc.ra118.005240
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Checkpoint-independent Regulation of Origin Firing by Mrc1 through Interaction with Hsk1 kinase. (2017)
  • 著者名/発表者名: Matsumoto, S., Kanoh, Y., Shimmoto, M., Hayano, M., Ueda, K., Fukatsu, R., Kakusho, N., and Masai, H.
  • 雑誌名: Mol. Cell. Biol. 巻: MCB.00355-16. 号: 7
  • DOI: 10.1128/mcb.00355-16
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Establishment of expression-state boundaries by Rif1 and Taz1 in fission yeast. (2017)
  • 著者名/発表者名: Toteva, T., Mason, B., Kanoh, Y. Brogger, P. Green, D., Verhein-Hansen, J. Masai, H. and Thon, G.
  • 雑誌名: Proc Natl Acad Sci U S A. 巻: 114 号: 5 ページ: 1093-1098
  • DOI: 10.1073/pnas.1614837114
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Potent DNA strand annealing activity associated with mouse Mcm2?7 heterohexameric complex (2017)
  • 著者名/発表者名: You Zhiying、Masai Hisao
  • 雑誌名: Nucleic Acids Research 巻: 45 号: 11 ページ: 6494-6506
  • DOI: 10.1093/nar/gkx269
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Discovery of novel furanone derivatives as potent Cdc7 kinase inhibitors (2017)
  • 著者名/発表者名: Irie Takayuki、Asami Tokiko、Sawa Ayako、Uno Yuko、Hanada Mitsuharu、Taniyama Chika、Funakoshi Yoko、Masai Hisao、Sawa Masaaki
  • 雑誌名: European Journal of Medicinal Chemistry 巻: 130 ページ: 406-418
  • DOI: 10.1016/j.ejmech.2017.02.030
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Telomere-binding factors in the regulation of DNA replication (2017)
  • 著者名/発表者名: Masai, H., Kanoh, Y., Moriyama, K., Yamazaki, S., Yoshizawa, N., and Matsumoto, S.
  • 雑誌名: Genes & Genetic Systems 巻: 92 号: 3 ページ: 119-125
  • DOI: 10.1266/ggs.17-00008
  • NAID: 130006316033
  • ISSN: 1341-7568, 1880-5779
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A novel p53-Cdc7 link induced by genotoix stress. (2017)
  • 著者名/発表者名: Masai, H.
  • 雑誌名: Cell Cycle 巻: 印刷中 号: 8 ページ: 735-736
  • DOI: 10.1080/15384101.2017.1304746
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Mrc1/Claspin: a new role for regulation of origin firing. (2017)
  • 著者名/発表者名: Masai, H., Yang, C-C., and Matsumoto, S.
  • 雑誌名: Current Genetics 巻: 印刷中 号: 5 ページ: 813-818
  • DOI: 10.1007/s00294-017-0690-y
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Interaction of Rif1 Protein with G-Quadruplex in Control of Chromosome Transactions (2017)
  • 著者名/発表者名: Moriyama Kenji、Lai Mong Sing、Masai Hisao
  • 雑誌名: Adv Exp Med Biol. 巻: - ページ: 287-310
  • DOI: 10.1007/978-981-10-6955-0_14
  • ISBN: 9789811069543, 9789811069550
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 多様な染色体ダイナミクスのmodulator kinase, Cdc7 (2017)
  • 著者名/発表者名: 正井久雄
  • 雑誌名: 生化学 巻: 5 ページ: 719-730
  • NAID: 40021377418
  • 査読あり
• [雑誌論文] Potent DNA strand annealing activity associated with mouse Mcm2~7 heterohexamer complex. (2017)
  • 著者名/発表者名: You, Z. and Masai, H.
  • 雑誌名: Nucleic Acids Res. 巻: 印刷中
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Telomere binding factors in regulation of DNA replication. (2017)
  • 著者名/発表者名: Masai, H., Kanoh, Y., Moriyama, K., Yamazaki, S., Yoshizawa, N., and Matsumoto, S.
  • 雑誌名: Genes & Genetic Systems 巻: 印刷中
  • NAID: 130006316033
  • 査読あり
• [雑誌論文] Characterization of conserved arginine residues on Cdt1 that affect licensing activity and interaction with Geminin or Mcm complex. (2016)
  • 著者名/発表者名: You Z, Ode KL, Shindo M, Takisawa H, Masai H.
  • 雑誌名: Cell Cycle. 巻: 15 号: 9 ページ: 1213-1226
  • DOI: 10.1080/15384101.2015.1106652
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Fork restart protein, PriA, binds around oriC after depletion of nucleotide precursors: Replication fork arrest near the replication origin. (2016)
  • 著者名/発表者名: Tanaka T, Nishito Y, *Masai H.
  • 雑誌名: Biochem. Biophys. Res. Commun. 巻: 470 号: 3 ページ: 546-551
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2016.01.108
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Epigenetic Regulation of the Blimp-1 Gene (Prdm1) in B Cells Involves Bach2 and Histone Deacetylase 3* (2016)
  • 著者名/発表者名: Tanaka H
  • 雑誌名: JBC 巻: 291 号: 12 ページ: 6316-6330
  • DOI: 10.1074/jbc.m116.713842
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Phosphorylation of TAR DNA-binding Protein of 43 kDa (TDP-43) by Truncated Casein Kinase 1δ Triggers Mislocalization and Accumulation of TDP-43. (2016)
  • 著者名/発表者名: Nonaka T, Suzuki G, Tanaka Y, Kametani F, Hirai S, Okado H, Miyashita T, Saitoe M, Akiyama H, Masai H, Hasegawa M.
  • 雑誌名: The journal of Biological Chemistry 巻: 291 号: 11 ページ: 5473-83
  • DOI: 10.1074/jbc.m115.695379
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Overexpression of eIF5 or its protein mimic 5MP perturbs eIF2 function and induces ATF4 translation through delayed re-initiation. (2016)
  • 著者名/発表者名: Kozel, C., (他19名), Masai, H., Wagner, G., Beeser, A., Kikkawa, U., Fleming, S.D., and Asano, K.
  • 雑誌名: Nucleic Acids Res. 巻: 44 ページ: 8704-8713
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Claspin recruits Cdc7 kinase for initiation of DNA replication in human cells. (2016)
  • 著者名/発表者名: Yang CC, Suzuki M, Yamakawa S, Uno S, Ishii A, Yamazaki S, Fukatsu R, Fujisawa R, Sakimura K, Tsurimoto T, Masai H.
  • 雑誌名: Nat Commun. 巻: 7 号: 1 ページ: 12135-12135
  • DOI: 10.1038/ncomms12135
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] 生体内でのグアニン４重鎖構造の検出・生物学的意義の解明を目指して (2018)
  • 著者名/発表者名: 正井 久雄
  • 学会等名: 非ワトソン・クリック型核酸に関する九州地区セミナー(日本核酸化学会共催)
  • 招待講演
• [学会発表] G-quadruplexes: in vivo regulations and biological functions (2018)
  • 著者名/発表者名: Hisao Masai
  • 学会等名: THE 3RD TRANSMED-VN CONFERENCE 2018 University of Medicine & Pharmacy (UMP)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 大腸菌染色体のoriC-DnaA非依存性複製開始に必要とされるゲノム配列とその機能 (2018)
  • 著者名/発表者名: 田中 卓、関 由美香、鷺 朋子、西籐 泰昌、正井 久雄
  • 学会等名: 日本遺伝学会ワークショップ
  • 招待講演
• [学会発表] グアニン４重鎖構造の細胞内動態と生物学的意義の解明にむけて:DNA複製制御における機能 (2018)
  • 著者名/発表者名: 正井 久雄
  • 学会等名: 第91回日本生化学会大会 シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] Biochemistry of Mcm, the central factor for DNA replication: a hetelro-hexameric helicase core complex that does not show DNA helicase activity. (2018)
  • 著者名/発表者名: You, Z.
  • 学会等名: 首都大学東京バイオコンファレンス2018
  • 招待講演
• [学会発表] Roles of Claspin-Cdc7 in initiation and checkpoint activation: differential functions of Cdc7 in cancer and normal cells (2018)
  • 著者名/発表者名: 正井 久雄
  • 学会等名: 3R&3C Symposium
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] RNA-DNA hybrid and G-quadruplex: exploring their biological significance as new genome signature (2018)
  • 著者名/発表者名: Hisao Masai
  • 学会等名: 第41回日本分子生物学会年会 ワークショップ
  • 招待講演
• [学会発表] DNA複製研究からひもとくゲノムの謎～恩師 新井賢一先生に導かれて～ (2018)
  • 著者名/発表者名: 正井 久雄
  • 学会等名: 第41回日本分子生物学会年会 ランチョンセミナー
  • 招待講演
• [学会発表] From mechanisms of primer RNA synthesis to revelation of hidden messages of genome (2018)
  • 著者名/発表者名: Hisao Masai
  • 学会等名: OKAZAKI Fragment Memorial Symposium
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] グアニン４重鎖構造：諸刃の剣のゲノム情報 (2017)
  • 著者名/発表者名: 正井 久雄、(他13名)
  • 学会等名: 生命科学系学会合同年次大会（ConBio2017）
  • 招待講演
• [学会発表] 細胞内におけるグアニン４重鎖DNA構造の存在を証明する新規技法の開発 (2017)
  • 著者名/発表者名: 正井 久雄、加納 豊、覺正 直子
  • 学会等名: 第24回DNA複製・組換え・修復ワークショップ
• [学会発表] グアニン４重鎖結合タンパク質Rif1の構造・機能解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 小林 駿介、深津 理乃、加納 豊、正井 久雄
  • 学会等名: 第24回DNA複製・組換え・修復ワークショップ
• [学会発表] The intramolecular interaction mechanism of human Claspin activation (2017)
  • 著者名/発表者名: Zhiying You、Chi-Chun Yang、正井 久雄
  • 学会等名: 第24回DNA複製・組換え・修復ワークショップ
• [学会発表] Rif1が結合するグアニン４重鎖構造の細胞内存在と形成のメカニズムの解明 (2017)
  • 著者名/発表者名: 加納 豊、松本 清、深津 理乃、覚正 直子、正井久雄
  • 学会等名: 生命科学系学会合同年次大会（ConBio2017）
• [学会発表] 大腸菌染色体のoriC-DnaA非依存性複製開始に必要とされる新たなゲノム領域とその機能 (2017)
  • 著者名/発表者名: 田中 卓、関 由美香、鷺 朋子、西藤 泰昌、正井 久雄
  • 学会等名: 生命科学系学会合同年次大会（ConBio2017）
• [学会発表] マウスES細胞におけるZscan4の脱抑制とRif1依存的なクロマチン構造変化の解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 吉沢 直子、正井 久雄
  • 学会等名: 生命科学系学会合同年次大会（ConBio2017）
• [学会発表] マウスRif1タンパク質のグアニン４重鎖DNA結合活性の生化学的解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 森山 賢治、吉沢 直子、正井 久雄
  • 学会等名: 生命科学系学会合同年次大会（ConBio2017）
• [学会発表] Rif1タンパク質の標的であるグアニン４重鎖DNA構造の分裂酵母細胞内での存在を証明するための新しい方法の開発 (2017)
  • 著者名/発表者名: 正井 久雄、加納 豊、覺正 直子
  • 学会等名: 第35回染色体ワークショップ・第16回核ダイナミクス研究会
• [学会発表] Rif1によるグアニン４重鎖構造を介した DNA複製制御 (2016)
  • 著者名/発表者名: 加納 豊
  • 学会等名: 第39回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2016-11-30
• [学会発表] Rif1過剰発現は染色体分配の障害を誘導しM期進行を阻害する (2016)
  • 著者名/発表者名: 松本 清治
  • 学会等名: 第39回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2016-11-30
• [学会発表] Novel higher-order DNA structures containing G-quadruplex structures on both strands of Rif1 binding region play a crucial role in determination of replication timing domain (2016)
  • 著者名/発表者名: Masai, H.
  • 学会等名: 第10回3R国際シンポジウム
  • 発表場所: ホテル一畑(島根県松江市)
  • 年月日: 2016-11-13
  • 国際学会
• [学会発表] Rif1 interacts with chromatin through G-quadruplex and regulates DNA replication (2016)
  • 著者名/発表者名: Kanoh, Y.
  • 学会等名: 第10回3R国際シンポジウム
  • 発表場所: ホテル一畑(島根県松江市)
  • 年月日: 2016-11-13
  • 国際学会
• [学会発表] G4 binding domain of fission yeast Rif1 protein (2016)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi, S.
  • 学会等名: 第10回3R国際シンポジウム
  • 発表場所: ホテル一畑(島根県松江市)
  • 年月日: 2016-11-13
  • 国際学会
• [学会発表] Multimer formation and G-quadruplex-binding by purified murine Rif1, a key organizer of higher-order chromatin architecture (2016)
  • 著者名/発表者名: Moriyama, K.
  • 学会等名: 第10回3R国際シンポジウム
  • 発表場所: ホテル一畑(島根県松江市)
  • 年月日: 2016-11-13
  • 国際学会
• [学会発表] Cellular dynamics of G-quadruplex structures and RNA-DNA hybrid in human cells (2016)
  • 著者名/発表者名: Nishitomi, T.
  • 学会等名: 第10回3R国際シンポジウム
  • 発表場所: ホテル一畑(島根県松江市)
  • 年月日: 2016-11-13
  • 国際学会
• [学会発表] Genome-wide distribution of G-quadruplex structures and RNADNA hybrids on the E. coli genome (2016)
  • 著者名/発表者名: Seki, Y.
  • 学会等名: 第10回3R国際シンポジウム
  • 発表場所: ホテル一畑(島根県松江市)
  • 年月日: 2016-11-13
  • 国際学会
• [学会発表] Biological roles of G-quadruplex structures (2016)
  • 著者名/発表者名: Masai, H.
  • 学会等名: 14th IGAKUKEN International Symposium IGAKUKEN Summit for Japan and Korea Science Leaders 2016
  • 発表場所: 東京都医学総合研究所（東京都世田谷区）
  • 年月日: 2016-06-30
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Interaction with G-quadruplex structures forms a basis for Rif1-mediated regulation of DNA replication, transcription and chromatin architecture (2016)
  • 著者名/発表者名: Masai, H.
  • 学会等名: Cold Spring Harbor Asia conference on DNA Metabolism, Genomic Stability and Human Disease
  • 発表場所: Suzhou(China)
  • 年月日: 2016-06-13
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] グアニン４重鎖構造の生物学的意義Molecular basis of chromosome and genome instability in cancer (2016)
  • 著者名/発表者名: Masai, H.
  • 学会等名: HiHA 第 6 回 Workshop Hiroshima Research Center for Healthy Aging
  • 発表場所: 広島大学（広島県東広島市）
  • 招待講演
• [学会発表] 大腸菌の第二の複製システムから考える複製システムの進化 (2016)
  • 著者名/発表者名: 正井 久雄
  • 学会等名: 日本進化学会 第18回東京大会
  • 発表場所: 東京工業大学大岡山キャンパス（東京都目黒区）
  • 招待講演
• [学会発表] 大腸菌染色体の第二の複製システム (2016)
  • 著者名/発表者名: 正井 久雄
  • 学会等名: 第88回日本遺伝学会大会
  • 発表場所: 日本大学（静岡県三島市）
  • 招待講演
• [学会発表] グアニン４重鎖の形成と、その認識タンパク質との相互作用 (2016)
  • 著者名/発表者名: 正井 久雄
  • 学会等名: 第89回 日本生化学会大会
  • 発表場所: 仙台国際センター/東北大学(宮城県仙台市)
  • 招待講演
• [学会発表] グアニン４重鎖構造の生物学的意義 Biological Roles of G-quadruplex (2016)
  • 著者名/発表者名: 正井 久雄
  • 学会等名: 第75回日本癌学会学術総会
  • 発表場所: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • 招待講演
• [学会発表] グアニン４重鎖構造の普遍的生物学的意義の解明に向けて (2016)
  • 著者名/発表者名: 正井 久雄
  • 学会等名: 第39回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • 招待講演
• [図書] Encyclopedia of Signaling Molecules, 2nd Edition: Dbf4 (2017)
  • 著者名/発表者名: Sangdun Choi (編集)、Masai Hisao
  • 総ページ数: 6330
  • 出版者: Springer
  • ISBN: 9783319671987
• [備考] ゲノム動態プロジェクト
  • URL: http://www.igakuken.or.jp/genome/
• [備考] 公益財団法人東京都医学総合研究所ゲノム動態プロジェクト
  • URL: http://www.igakuken.or.jp/genome/