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環境ストレスが引き起こすゲノムの不安定性の解析

研究課題

研究課題/領域番号 21H04761
研究種目

基盤研究(A)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 中区分43:分子レベルから細胞レベルの生物学およびその関連分野
研究機関東京大学

研究代表者

小林 武彦  東京大学, 定量生命科学研究所, 教授 (40270475)

研究期間 (年度) 2021-04-05 – 2026-03-31
研究課題ステータス 交付 (2025年度)
配分額 *注記
41,210千円 (直接経費: 31,700千円、間接経費: 9,510千円)
2025年度: 8,060千円 (直接経費: 6,200千円、間接経費: 1,860千円)
2024年度: 8,060千円 (直接経費: 6,200千円、間接経費: 1,860千円)
2023年度: 8,060千円 (直接経費: 6,200千円、間接経費: 1,860千円)
2022年度: 8,060千円 (直接経費: 6,200千円、間接経費: 1,860千円)
2021年度: 8,970千円 (直接経費: 6,900千円、間接経費: 2,070千円)
キーワードゲノムの安定性 / ヒストン修飾 / リボソームRNA遺伝子(rDNA) / 出芽酵母 / 非コードプロモー ター / 環境適応 / 酵母 / rDNA / 環境ストレス / ゲノムの不安定性 / リボソームRNA遺伝子 / ヒストンの脱アセチル化酵素 / 酸性度 / クロマチン構造 / 非コード転写 / ヒストン脱アセチル化酵素 / ゲノム安定性 / クロマチン免疫沈降法 / 非コードプロモーター / 酸性培地 / 寿命
研究開始時の研究の概要

地球上の生物はそれぞれの生活環境、例えば気温、明るさ、塩濃度、酸性度などに適応して進化した。特に自力での移動が難しい植物や微生物では、環境の変化に適応できないと即「死」を意味する。申請者らは最近、出芽酵母を用いた研究で培地の酸性度によってゲノムの安定性が変化する現象を見出した。これまで、紫外線や変異原物質がゲノムの不安定化を誘導することは知られていたが、環境の酸性度によるゲノムの変化は初めての発見である。本研究提案では、酸性度に応じてゲノムの安定性を変化させる遺伝子を同定し、それらがどのように環境の酸性度を感知し、ゲノムの安定性を制御するのか解析する。

研究実績の概要

地球上の生物はそれぞれの生活環境、例えば気温、明るさ、塩濃度、酸性度などに適応して進化した。特に自力での移動が難しい植物や微生物では、環境の変化に適応できないと即「死」を意味する。申請者らは、出芽酵母を用いた研究で培地の酸性度によってゲノムの安定性が変化する現象を見出した。本研究提案では、酸性度に応じてゲノムの安定性を変化させる遺伝子を同定し、それらがどのように環境の酸性度を感知し、ゲノムの安定性を制御しているのか解析する。
酵母を使ったこれまでの実験で、酸性培地で酵母を培養するとゲノムの不安定領域であるリボソームRNA遺伝子(rDNA)が、安定化することを見出した 。rDNAの不安定性に影響を与える要因として、1)DNA複製阻害配列での複製の停止、2)その結果生じるDNAの切断、3)非コードプロモー ター(E-pro)の転写による姉妹染色分体の乖離、の3つがあげられる。全ての可能性を検討したところ、酸性条件下ではDNA複製阻害配列での停止頻度およびDNAの切断には変化はなかったが、非コードプロモーター(E-pro)の転写産物量が低下していることが観察された。そこでデータベースから転写調節に関わるヒストン修飾関連の遺伝子(59個)を選び出し、それらをノックアウトして、酸性条件下でのrDNAの安定性に与える影響を調べた。その結果 、複数の酸性条件とrDNAの安定性を結びつける候補遺伝子を得ることに成功した。中でも1番顕著にrDNAの安定化がみられなくなったrpd3欠損株の解析を中心に行なった。Rpd3はヒストンの脱アセチル化酵素(HDAC)で、転写の抑制作用をもつことが知られている。そこで酸性条件下でのRpd3のE-proの転写への関与を調べたところ、その抑制を介してrDNAの安定化に寄与していることを発見した。さらにクロマチン免疫沈降法によりRpd3のrDNAへの結合も確認した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

当初の計画通り、酸性条件下でrDNAが安定化する分子メカニズムについて、その大筋が解明できた。

今後の研究の推進方策

非コードの転写調節がrDNAの安定性維持に重要な働きを担っていることが判明したので、今後は酸性度のならず、さまざまな非コードの転写に関わる因子を同定し、それらとrDNAの安定性との関連を解析していきたい。

報告書

(3件)
  • 2022 実績報告書
  • 2021 審査結果の所見   実績報告書
  • 研究成果

    (34件)

すべて 2022 2021 その他

すべて 国際共同研究 (3件) 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 2件、 査読あり 5件、 オープンアクセス 5件) 学会発表 (19件) (うち国際学会 3件、 招待講演 9件) 図書 (4件) 備考 (2件)

  • [国際共同研究] ストラスブルグ大(フランス)

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [国際共同研究] University of Regensburg(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [国際共同研究] IFOM(イタリア)

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [雑誌論文] Changed life course upon defective replication of ribosomal RNA genes2022

    • 著者名/発表者名
      Mei Hattori, Chihiro Horigome, Theo Aspert, Gilles Charvin, Takehiko Kobayashi
    • 雑誌名

      Genes & Genetic Systems

      巻: 97 号: 6 ページ: 285-295

    • DOI

      10.1266/ggs.22-00100

    • ISSN
      1341-7568, 1880-5779
    • 年月日
      2022-12-01
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] <i>RPS12</i> and <i>UBC4</i> Are Related to Senescence Signal Production in the Ribosomal RNA Gene Cluster2022

    • 著者名/発表者名
      Yanagi Shuichi、Iida Tetsushi、Kobayashi Takehiko
    • 雑誌名

      Molecular and Cellular Biology

      巻: 42 号: 5 ページ: 1-20

    • DOI

      10.1128/mcb.00028-22

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Regulation of ribosomal RNA-gene transcription, copy number and nucleolus organization in eukaryotes.2022

    • 著者名/発表者名
      Hori, Y., Engel, C., and Kobayashi, T.
    • 雑誌名

      Nature Reviews Mol Cell Biol

      巻: 24 号: 6 ページ: 414-429

    • DOI

      10.1038/s41580-022-00573-9

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] 長鎖シークエンサーで判明したヒトrDNAの真の姿2022

    • 著者名/発表者名
      堀 優太郎,嶋本 顕,小林武彦
    • 雑誌名

      実感医学

      巻: 40 ページ: 1290-1293

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [雑誌論文] The human ribosomal DNA array is composed of highly homogenized tandem clusters.2021

    • 著者名/発表者名
      Hori, Y, Shimoto, A, and Kobayashi, T.
    • 雑誌名

      Genome Research

      巻: 31 号: 11 ページ: 1971-1982

    • DOI

      10.1101/gr.275838.121

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] The S-phase Cyclin Clb5 Promotes rDNA Stability by Maintaining Replication Initiation Efficiency in rDNA.2021

    • 著者名/発表者名
      Mayuko Goto, Mariko Sasaki, and Takehiko Kobayashi
    • 雑誌名

      Molecular and Cellular Biology

      巻: 5 号: 5 ページ: 1-1

    • DOI

      10.1128/mcb.00324-20

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 培地の酸性度が酵母のゲノムおよび 分裂寿命に与える影響2022

    • 著者名/発表者名
      長谷川曜、大岡浩之、若月剛、山本歩、小林武彦
    • 学会等名
      酵母遺伝学フォーラム第55回研究報告会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 培地の酸性度がリボソームRNA遺伝子の安定性及び細胞老化に与える影響2022

    • 著者名/発表者名
      長谷川耀、小林武彦
    • 学会等名
      日本遺伝学会第94回大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 転写伸長因子Spt4によるrDNA不安定化を介した細 胞老化誘導機構の解析2022

    • 著者名/発表者名
      横山正明、佐々木真理子、小林武彦
    • 学会等名
      日本遺伝学会第94回大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] A romantic molecular geneticist meets genome revolution2022

    • 著者名/発表者名
      Kobayashi, T.
    • 学会等名
      日本遺伝学会第94回大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] リボソームRNA反復遺伝子群の安定性に影響を与えるゲノム領域の解析2022

    • 著者名/発表者名
      村井太一、小林武彦
    • 学会等名
      日本遺伝学会第94回大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 老化研究最前線2022

    • 著者名/発表者名
      小林武彦
    • 学会等名
      第3回IQBパブリックレクチャー
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 生物はなぜ死ぬのかー老化のメカニズムを研究し、死の意味を考えるー2022

    • 著者名/発表者名
      小林武彦
    • 学会等名
      日本香粧品学会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 生物はなぜ死ぬのか2022

    • 著者名/発表者名
      小林武彦
    • 学会等名
      日本実験動物学会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 生物は遺伝物質を壊しながら進化した?2022

    • 著者名/発表者名
      小林武彦
    • 学会等名
      細胞を作る会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] It’s an rDNA world2022

    • 著者名/発表者名
      Kobayashi, T.
    • 学会等名
      Social DNAing Webinar in Columbia Univ.
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Budding yeast as an aging model system2021

    • 著者名/発表者名
      Takehiko Kobayashi
    • 学会等名
      第44回日本分子生物学会シンポジウム
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] DNA replication initiation affects stability of ribosomal RNA gene repeat and lifespan2021

    • 著者名/発表者名
      Takehiko Kobayashi
    • 学会等名
      "Yeast and Life Sciences" Cold spring Harbor Asia
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 実験システムとしての酵母 -老化研究を例に2021

    • 著者名/発表者名
      小林武彦
    • 学会等名
      酵母合同シンポジウム
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] S期サイクリンClb5によるゲノム安定性維持機構2021

    • 著者名/発表者名
      佐々木真理子
    • 学会等名
      佐々木真理子酵母遺伝学フォーラム第54回研究報告会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 転写伸長因子Spt4によるrDNAの安定性を介した細胞老化制御機構の解析2021

    • 著者名/発表者名
      横山正明
    • 学会等名
      第44回日本分子生物学会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] DNA複製阻害時のDNA二本鎖切断修復によるrDNAコピー数制御機構の解明2021

    • 著者名/発表者名
      佐々木真理子
    • 学会等名
      第44回日本分子生物学会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] ゲノム修復から見るゲノム安定性のプロファイル2021

    • 著者名/発表者名
      飯田哲史
    • 学会等名
      日本遺伝学会第93回大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] DNA複製阻害時のDNA二本鎖切断修復と転写制御機構のインタープレイ2021

    • 著者名/発表者名
      佐々木真理子
    • 学会等名
      日本遺伝学会第93回大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] DNA複製阻害時のDNA二本鎖切断修復とゲノム不安定化2021

    • 著者名/発表者名
      佐々木真理子
    • 学会等名
      第26回DNA複製・組換え・修復ワークショップ
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [図書] 実験医学増刊 Vol.40 No.12 セントラルドグマの新常識2022

    • 著者名/発表者名
      田口英樹,小林武彦,稲田利文/編
    • 総ページ数
      264
    • 出版者
      羊土社
    • ISBN
      9784758104043
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [図書] 寿命延長~老化・長寿命の基盤研究最前線~,2022

    • 著者名/発表者名
      堀 優太郎、小林 武彦
    • 総ページ数
      460
    • 出版者
      NTS出版
    • ISBN
      9784860437732
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [図書] 遺伝学の百科事典ー継承と多様性の源、日本遺伝学会編2022

    • 著者名/発表者名
      日本遺伝学会
    • 総ページ数
      690
    • 出版者
      丸善出版
    • ISBN
      9784621306604
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [図書] Homologous Recombination. Methods in Molecular Biology, vol 21532021

    • 著者名/発表者名
      Sasaki, M., Kobayashi, T.
    • 総ページ数
      555
    • 出版者
      Humana press
    • ISBN
      9781071606438
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [備考] 小林武彦研究室

    • URL

      https://tako-lab.net

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書 2021 実績報告書
  • [備考] 東京大学定量生命科学研究所

    • URL

      https://www.iqb.u-tokyo.ac.jp/lab/kobayashi/

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書

URL: 

公開日: 2021-04-28   更新日: 2025-06-20  

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