哺乳類のDNA複製タイミング制御におけるゲノムとエピゲノムの機能的リンク

• 研究課題/領域番号: 21K06129
• 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43050:ゲノム生物学関連
• 研究機関: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: SHARIF JAFAR 国立研究開発法人理化学研究所, 生命医科学研究センター, 専任研究員 (00577968)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2023年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2022年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円); 2021年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
• キーワード: 3D genome / Epigenome / Replication timing / Euchromatin / Heterochromatin / A/B compartments / Transcription / DNA replication / H2B monoubiquitination / RNF20 / Retrotransposon

研究開始時の研究の概要

本研究では、哺乳類細胞における複製タイミング（RT）の分子メカニズムを解析する。RTの決定に、ゲノムDNA配列そのものが貢献し、さらにそれらの配列を読み取るエピゲノム修飾因子が寄与しているとの仮説を立てる。我々の予備実験から、RNA polymerase II (POL2)による転写伸長反応がRTの制御に重要な役割を持ち、さらにPOL2の下流に集積するH2Bモノユビキチン化（H2Bub）がDNA複製の決定に関与している可能性が示唆された。本研究では、ゲノムのDNA配列がPOL2やH2Bubを誘導することにより、どのようにしてRTの決定に貢献するのか、その分子機構に迫る。

研究実績の概要

The higher order mammalian genome is organized into euchromatin associated A, and heterochromatin associated B, compartments. In this project, I analyzed the mechanistic link between A/B compartments and early/late replication timing. By taking advantage of degron-based acute depletion of transcriptional machinery, I have found that transcriptional elongation functions as a molecular link to connect A/B compartments and early/late replication timing. Furthermore, by taking advantage of a conditional gene knockout strategy, I have been able to identify an epigenetic mechanism that functions directly downstream of transcriptional elongation to connect compartmentalization with replication timing.

研究成果

• [雑誌論文] Bridging multiple dimensions: roles of transposable elements in higher-order genome regulation (2023)
  • 著者名/発表者名: Jafar Sharif, Haruhiko Koseki, Nicholas F Parrish
  • 雑誌名: Curr Opin Genet Dev . 巻: 80 ページ: 102035-102035
  • DOI: 10.1016/j.gde.2023.102035
  • 国際共著
• [雑誌論文] PCGF1-PRC1 links chromatin repression with DNA replication during hematopoietic cell lineage commitment (2022)
  • 著者名/発表者名: Takano J, Ito S, Dong Y, Sharif J, Nakajima-Takagi Y, Umeyama T, Han YW, Isono K, Kondo T, Iizuka Y, Miyai T, Koseki Y, Ikegaya M, Sakihara M, Nakayama M, Ohara O, Hasegawa Y, Hashimoto K, Arner E, Klose RJ, Iwama A, Koseki H, Ikawa T
  • 雑誌名: Nat Commun. 巻: 13 (1) 号: 1 ページ: 7159-7159
  • DOI: 10.1038/s41467-022-34856-8
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Structural basis for activation of DNMT1 (2022)
  • 著者名/発表者名: Kikuchi A, Onoda H, Yamaguchi K, Kori S, Matsuzawa S, Chiba Y, Tanimoto S, Yoshimi S, Sato H, Yamagata A, Shirouzu M, Adachi N, Sharif J, Koseki H, Nishiyama A, Nakanishi M, Defossez PA, Arita K
  • 雑誌名: Nat Commun. 巻: 13 (1) 号: 1 ページ: 1-11
  • DOI: 10.1038/s41467-022-34779-4
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Efficient de novo assembly and modification of large DNA fragments (2022)
  • 著者名/発表者名: Jiang S, Tang Y, Xiang L, Zhu X, Cai Z, Li L, Chen Y, Chen P, Feng Y, Lin X, Li G, Sharif J, Dai J
  • 雑誌名: Sci China Life Sci. 巻: 65 (7) 号: 7 ページ: 1445-1455
  • DOI: 10.1007/s11427-021-2029-0
  • 査読あり / 国際共著