ヒメツリガネゴケの幹細胞化における新奇DNA合成の分子機構の解明

• 研究課題/領域番号: 18K06302
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分44030:植物分子および生理科学関連
• 研究機関: 基礎生物学研究所
• 研究代表者: 石川 雅樹 基礎生物学研究所, 生物進化研究部門, 助教 (00586894)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2020年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2019年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2018年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
• キーワード: ヒメツリガネゴケ / 幹細胞化 / 細胞周期 / DNA合成 / 幹細胞 / 細胞運命転換

研究成果の概要

ヒメツリガネゴケ葉細胞は、傷害刺激で細胞周期が再開し幹細胞に変化する。この過程では、通常の核ゲノムDNA複製とは異なった細胞周期の進行に依存する新奇DNA合成がおこり、そのDNA合成が幹細胞への変化に必要である。本研究では新奇DNA合成の実体を解明することで、細胞周期再開・進行によって作動される細胞運命転換の制御機構の解明を目指した。その結果、幹細胞化過程でゲノムDNAの損傷がおこり、それによって活性化されるDNA修復系が幹細胞化を制御することが示唆された。また、DNA修復系はゲノムDNAの脱メチル化に関与している可能性が考えられ、これが新奇DNA合成の実体である可能性が考えられた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

ヒメツリガネゴケの幹細胞化における細胞周期制御下にある新奇DNA合成が細胞運命転換を誘導するというアイデアは、「細胞周期における各ステージの役割は、ただ単に細胞周期を動かすためだけなのか」、という細胞周期制御についての根源的な問いに立ち返ることになり、本研究から得られた成果は、動植物の枠を超えた新たな細胞周期研究の展開に繋がる可能性を秘めており、その学術的意義は大きい。

研究成果

• [国際共同研究] Huazhong Agricultural Univ.(中国)
• [国際共同研究] Acad. Sci. of Czech Republic(チェコ)
• [国際共同研究] Univ. of Copenhagen(デンマーク)
• [雑誌論文] A PSTAIRE-type cyclin-dependent kinase controls light responses in land plants (2022)
  • 著者名/発表者名: Bao Liang、Inoue Natsumi、Ishikawa Masaki、Gotoh Eiji、Teh Ooi-Kock、Higa Takeshi、Morimoto Tomoro、Ginanjar Eggie Febrianto、Harashima Hirofumi、Noda Natsumi、Watahiki Masaaki、Hiwatashi Yuji、Sekine Masami、Hasebe Mitsuyasu、Wada Masamitsu、Fujita Tomomichi
  • 雑誌名: Science Advances 巻: 8 号: 4 ページ: 1-12
  • DOI: 10.1126/sciadv.abk2116
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Molecular mechanisms of reprogramming of differentiated cells into stem cells in the moss Physcomitrium patens (2022)
  • 著者名/発表者名: Ishikawa Masaki、Hasebe Mitsuyasu
  • 雑誌名: Current Opinion in Plant Biology 巻: 65 ページ: 1-7
  • DOI: 10.1016/j.pbi.2021.102123
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Overexpression of ATG8/LC3 enhances wound-induced somatic reprogramming in Physcomitrium patens (2021)
  • 著者名/発表者名: Kanne Jakob V.、Ishikawa Masaki、Bressendorff Simon、Ansbol Jeppe、Hasebe Mitsuyasu、Rodriguez Eleazar、Petersen Morten
  • 雑誌名: Autophagy 巻: Online ahead of print 号: 6 ページ: 1-4
  • DOI: 10.1080/15548627.2021.1975913
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Plant stem cell research is uncovering the secrets of longevity and persistent growth (2021)
  • 著者名/発表者名: Umeda Masaaki、Ikeuchi Momoko、Ishikawa Masaki、Ito Toshiro、Nishihama Ryuichi、Kyozuka Junko、Torii Keiko U.、Satake Akiko、Goshima Gohta、Sakakibara Hitoshi
  • 雑誌名: The Plant Journal 巻: Online ahead of print 号: 2 ページ: 1-10
  • DOI: 10.1111/tpj.15184
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] DNA damage triggers reprogramming of differentiated cells into stem cells in Physcomitrella (2020)
  • 著者名/発表者名: Gu Nan、Tamada Yosuke、Imai Akihiro、Palfalvi Gergo、Kabeya Yukiko、Shigenobu Shuji、Ishikawa Masaki、Angelis Karel J.、Chen Chunli、Hasebe Mitsuyasu
  • 雑誌名: Nature Plants 巻: 6 号: 9 ページ: 1098-1105
  • DOI: 10.1038/s41477-020-0745-9
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] クロマチン修飾を介して植物の分化細胞を幹細胞化する新規転写因子STEMIN (2020)
  • 著者名/発表者名: 石川 雅樹
  • 雑誌名: バイオサイエンスとインダストリー 巻: 3 ページ: 240-241
• [雑誌論文] Physcomitrella STEMIN transcription factor induces stem cell formation with epigenetic reprogramming (2019)
  • 著者名/発表者名: Masaki Ishikawa, Mio Morishita, Yohei Higuchi, Shunsuke Ichikawa, Takaaki Ishikawa, Tomoaki Nishiyama, Yukiko Kabeya, Yukiko, Yuji Hiwatashi, Tetsuya Kurata, Minoru Kubo, Shuji Shigenobu, Yosuke Tamada, Sato Yoshikatsu, Mitsuyasu Hasebe
  • 雑誌名: Nature Plants 巻: 5 号: 7 ページ: 681-690
  • DOI: 10.1038/s41477-019-0464-2
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Single-cell transcriptome analysis of Physcomitrella leaf cells during reprogramming using microcapillary manipulation (2019)
  • 著者名/発表者名: Minoru Kubo, Tomoaki Nishiyama, Yosuke Tamada, Ryosuke Sano, Masaki Ishikawa, Takashi Murata, Akihiro Imai, Daniel Lang, Taku Demura, Ralf Reski, Mitsuyasu Hasebe
  • 雑誌名: Nucleic Acid Research 巻: in press 号: 9 ページ: 4539-4553
  • DOI: 10.1093/nar/gkz181
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 植物がもつ再生能力の秘密 -分化細胞を幹細胞へと変化させる"ステミン遺伝子"の発見 (2019)
  • 著者名/発表者名: 石川雅樹
  • 雑誌名: academist Journal 巻: -
  • オープンアクセス
• [学会発表] Cellular reprogramming into stem cells as an adaptation to land environments in Physcomitrium patens (2022)
  • 著者名/発表者名: Masaki Ishikawa and Mitsuyasu Hasebe
  • 学会等名: PLANT & ANIMAL GENOME XXIX
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Mechanisms underlying stem cell formation in the moss Physcomitrium patens (2021)
  • 著者名/発表者名: Masaki Ishikawa
  • 学会等名: Secrets of stem cells underlying longevity and persistent growth
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 陸上植物の幹細胞新生を制御する分子機構 (2021)
  • 著者名/発表者名: 石川 雅樹
  • 学会等名: 第14回 日本エピジェネティクス研究会年会
  • 招待講演
• [学会発表] 遺伝子組換えヒメツリガネゴケの拡散防止措置 (2020)
  • 著者名/発表者名: 石川 雅樹、畠山 晋、西浜 竜一、坂本 裕一、須賀 晴久、鈴木 智大、矢野 明、西内 巧
  • 学会等名: 第43回 日本分子生物学会年会
• [学会発表] 器官再生の鍵を握るエピゲノムの再構築 (2020)
  • 著者名/発表者名: 石川雅樹、青山剛士、長谷部光泰
  • 学会等名: 日本植物学会 第84回大会
  • 招待講演
• [学会発表] 遺伝子組換えキノコ類の拡散防止措置 (2020)
  • 著者名/発表者名: 鈴木 智大、矢野 明、坂本 裕一、畠山 晋、石川 雅樹、西浜 竜一、須賀 晴久、西内 巧
  • 学会等名: 第43回 日本分子生物学会年会
• [学会発表] 組換えアカパンカビの拡散防止措置 (2020)
  • 著者名/発表者名: 畠山 晋、鈴木 智大、矢野 明、坂本 裕一、石川 雅樹、西浜 竜一、須賀 晴久、西内 巧
  • 学会等名: 第43回 日本分子生物学会年会
• [学会発表] ヒメツリガネゴケの茎葉体における細胞分裂軸制御機構の解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 幸節 健、堀内 雄太、玉田 洋介、石川 雅樹、壁谷 幸子、小藤 累美子、長谷部 光泰
  • 学会等名: 日本植物学会 第84回大会
• [学会発表] GRAS 転写因子によるヒ メツリガネゴケ葉原基の 細胞分裂軸制御 (2020)
  • 著者名/発表者名: 堀内 雄太、藤原 彩香、藤本 直也、中村亮、吉田 彩子、幸節 健、壁谷 幸子、石川 雅樹、玉田 洋介、藤本 仰一、長谷部 光泰、小藤 累美子
  • 学会等名: 日本植物学会 第84回大会
• [学会発表] ABCB14 regulates local cell growth in Physcomitrella patens (2020)
  • 著者名/発表者名: Liechi Zhang, Tsuyoshi Aoyama, Takashi Murata, Ken Kosetsu, Yukiko Kabeya, Masaki ishikawa, Mitsuyasu Hasebe
  • 学会等名: 日本植物学会 第84回大会
• [学会発表] Molecular mechanisms underlying stem cell formation in plants (2020)
  • 著者名/発表者名: Masaki Ishikawa
  • 学会等名: the JSDB online trial meeting 2020
  • 招待講演
• [学会発表] ヒメツリガネゴケから見えてきた幹細胞新生におけるオーキシンの役割 (2020)
  • 著者名/発表者名: 石川雅樹, 青山剛士, 長谷部光泰
  • 学会等名: 第61回日本植物生理学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] ヒメツリガネゴケ CDKA の光応答における制御機構 (2020)
  • 著者名/発表者名: 井上夏実, Liang Bao, 菅原駿人, 石川雅樹, 後藤栄治, 関根政実, Ooi-Kock Teh, 長谷部光泰, 和田正三, 藤田知道
  • 学会等名: 第61回日本植物生理学会年会
• [学会発表] STEMIN transcription factor induces reprogramming of differentiated cells to stem cells in the moss Physcomitrella patens (2020)
  • 著者名/発表者名: Masaki Ishikawa, Mio Morishita, Yukiko Kabeya, Mitsuyasu Hasebe
  • 学会等名: International Symposium: Principles of pluripotent stem cells underlying plant vitality
  • 国際学会
• [学会発表] STEMIN transcription factor induces stem cell formation with local histone modifications in the moss Physcomitrella patens (2020)
  • 著者名/発表者名: Masaki Ishikawa, Mio Morishita, Mitsuyasu Hasebe
  • 学会等名: Marchantia Workshop 2019
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 植物の幹細胞新生を司る分子基盤の解明にむけて (2019)
  • 著者名/発表者名: 石川雅樹
  • 学会等名: 植物科学シンポジウム2019 SDGsに向けた植物科学の展開
  • 招待講演
• [学会発表] STEMIN1 transcription factor induces stem cell formation with local histone modifications in the moss Physcomitrella patens (2019)
  • 著者名/発表者名: Mio Morishita, Masaki Ishikawa, Tomoaki Nishiyama, Shuji Shigenobu, Yosuke Tamada, Mitsuyasu Hasebe
  • 学会等名: International Symposium: Principles of pluripotent stem cells underlying plant vitality
  • 国際学会
• [学会発表] RNA-seq data analysis of CDKA double knockout in Physcomitrella patens and investigation into affected potassium transport and photosynthesis pathways (2019)
  • 著者名/発表者名: Brody Frink, Atsushi Takabayashi, Masaki Ishikawa, Yuzuru Suzuki, Sumio Sagano Ayumi, Tanaka, Mitsuyasu Hasebe, Tomomichi Fujita
  • 学会等名: 日本植物学会第82回大会
  • 招待講演
• [学会発表] Requirement Of Kinase Activity Of CDKA On The Novel Functions In The Moss, Physcomitrella patens (2019)
  • 著者名/発表者名: Eggie Febrianto Ginanjar, Masaki Ishikawa, Masami Sekine, Natsumi Inoue, Mitsuyasu Hasebe, Ooi-Kock Teh, Tomomichi Fujita
  • 学会等名: 第60回 日本植物生理学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] 陸上植物がもつ細胞の分化状態を打破するシステム (2018)
  • 著者名/発表者名: 石川雅樹, 森下美生, 重信秀治, 長谷部光泰
  • 学会等名: 日本植物学会第82回大会
  • 招待講演
• [学会発表] DNA damage induces cellular reprogramming of differentiated cells to stem cells in the moss Physcomitrella patens (2018)
  • 著者名/発表者名: Nan Gu, Yosuke Tamada, Akihiro Imai, Gergo Palfalvi, Shuji Shigenobu, Masaki Ishikawa, Chunli Chen, Mitsuyasu Hasebe
  • 学会等名: 日本遺伝学会第90回大会 国際シンポジウム
  • 国際学会 / 招待講演
• [備考] 基礎生物学研究所 生物進化研究部門
  • URL: http://www.nibb.ac.jp/sections/evolutionary_biology_and_biodiversity/hasebe/
• [備考] 基礎生物学研究所 生物進化研究部門 長谷部研究室
  • URL: http://www.nibb.ac.jp/evodevo/