抑制と抗抑制によるエピゲノム動態制御機構の解明

• 研究課題/領域番号: 26221105
• 研究種目: 基盤研究(S)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 遺伝・染色体動態
• 研究機関: 国立遺伝学研究所
• 研究代表者: 角谷 徹仁 国立遺伝学研究所, 遺伝メカニズム研究系, 教授 (20332174)
• 研究期間 (年度): 2014-05-30 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 191,880千円 (直接経費: 147,600千円、間接経費: 44,280千円); 2018年度: 27,170千円 (直接経費: 20,900千円、間接経費: 6,270千円); 2017年度: 43,940千円 (直接経費: 33,800千円、間接経費: 10,140千円); 2016年度: 43,940千円 (直接経費: 33,800千円、間接経費: 10,140千円); 2015年度: 43,940千円 (直接経費: 33,800千円、間接経費: 10,140千円); 2014年度: 32,890千円 (直接経費: 25,300千円、間接経費: 7,590千円)
• キーワード: エピゲノム / DNAメチル化 / ヒストン修飾 / トランスポゾン / エピジェネティック / エピジェネティクス / シロイヌナズナ / クロマチン

研究成果の概要

シロイヌナズナの遺伝子における抗抑制に働くヒストン脱メチル化酵素遺伝子IBM1の変異体と、ibm変異による発生異常をサプレスする変異であるldl2 のエピゲノム解析により、エピゲノム分化における遺伝子内H3K4me1の重要性を示した。また、低メチル化変異体の遺伝解析から、ゲノム全体での抑制クロマチンを制御する負のフィードバック機構の存在を示した(Ito et al 2015)。さらに、配列特異的にDNAメチル化喪失を引き起こすタンパク質であるVANCの標的配列がタンデムリピートを形成することで同調して速く進化することを示した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

遺伝子のON/OFF状態が細胞分裂後にまで継承される「エピジェネティック」な遺伝子制御は個体発生やゲノム進化の理解に重要なだけでなく、農学や医学にも重要である。本研究では、遺伝子ON/OFF状態の決定にヒストンタンパク質修飾の相互作用が重要であることを示し、また、エピジェネティックな抑制を除くタンパク質とその標的配列を同定した。得られた知見は、エピジェネティックな機構の理解とともに、それを制御する技術にもつながりうるものと期待できる。

評価記号

検証結果 (区分)

A

研究成果

• [雑誌論文] Genome defense against integrated organellar DNA fragments from plastids into plant nuclear genomes through DNA methylation (2019)
  • 著者名/発表者名: Yoshida Takanori、Furihata Hazuka Y.、To Taiko Kim、Kakutani Tetsuji、Kawabe Akira
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 9 号: 1 ページ: 2060-2060
  • DOI: 10.1038/s41598-019-38607-6
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Primed histone demethylation regulates shoot regenerative competency. (2019)
  • 著者名/発表者名: Ishihara H, Sugimoto K, Tarr PT, Temman H, Kadokura S, Inui Y, Sakamoto T, Sasaki T, Aida M, Suzuki T, Inagaki S, Morohashi K, Seki M, Kakutani T, Meyerowitz EM, Matsunaga S.
  • 雑誌名: Nat Commun 巻: 16 号: 1 ページ: 1786-1786
  • DOI: 10.1038/s41467-019-09386-5
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] DNA Methylation Diversification at the Integrated Organellar DNA-Like Sequence (2018)
  • 著者名/発表者名: Yoshida Takanori、Tarutani Yoshiaki、Kakutani Tetsuji、Kawabe Akira
  • 雑誌名: Genes 巻: 9 号: 12 ページ: 602-602
  • DOI: 10.3390/genes9120602
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Transposable elements, genome evolution and transgenerational epigenetic variation (2018)
  • 著者名/発表者名: Hosaka, A., Kakutani, T.
  • 雑誌名: Current Opinion in Genetics & Development 巻: 49 ページ: 43-48
  • DOI: 10.1016/j.gde.2018.02.012
  • 査読あり
• [雑誌論文] Gene-body chromatin modification dynamics mediate epigenome differentiation in Arabidopsis. (2017)
  • 著者名/発表者名: Inagaki S., Takahashi M., Hosaka A., Ito T., Toyoda A., Fujiyama A., Tarutani Y., and Kakutani T.
  • 雑誌名: EMBO J 巻: 36 号: 8 ページ: 970-980
  • DOI: 10.15252/embj.201694983
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Evolution of sequence-specific anti-silencing systems in Arabidopsis (2017)
  • 著者名/発表者名: Hosaka Aoi、Saito Raku、Takashima Kazuya、Sasaki Taku、Fu Yu、Kawabe Akira、Ito Tasuku、Toyoda Atsushi、Fujiyama Asao、Tarutani Yoshiaki、Kakutani Tetsuji
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 8 号: 1 ページ: 2161-2161
  • DOI: 10.1038/s41467-017-02150-7
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The histone H3 variant H3.3 regulates gene body DNA methylation in Arabidopsis thaliana (2017)
  • 著者名/発表者名: Wollmann H, Stroud H, Yelagandula R, Tarutani Y, Jiang D, Jing L, Jamge B, Takeuchi H, Holec S, Nie X, Kakutani T, Jacobsen SE, Berger F.
  • 雑誌名: Genome Biology 巻: 18 号: 1 ページ: 94-94
  • DOI: 10.1186/s13059-017-1221-3
• [雑誌論文] A stress-Activated Transposon in Arabidopsis Induces transgenerational Abscisic Acid Insensitivity. Scientific Reports. (2016)
  • 著者名/発表者名: Ito H, Kim JM, Matsunaga W, Saze H, Matsui A, Endo TA, Harukawa Y, Takagi H, Yaegashi H, Masuta Y, Masuda S, Ishida J, Tanaka M, Takahashi S, Morosawa T, Toyoda T, Kakutani T, Kato A, Seki M.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 6, Article number: 23181 号: 1 ページ: 1-12
  • DOI: 10.1038/srep23181
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Genome-wide negative feedback drives transgenerational DNA methylation dynamics in Arabidopsis. (2015)
  • 著者名/発表者名: T Ito, Y Tarutani, TK To, M Kassam, E Duvernois-Berthet, S Cortijo, K Takashima, H Saze, A Toyoda, A Fujiyama, V Colot, T Kakutani
  • 雑誌名: PLOS Genetics 巻: 11 号: 4 ページ: e1005154-e1005154
  • DOI: 10.1371/journal.pgen.1005154
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] DNA Methylation within Transcribed Regions. (2015)
  • 著者名/発表者名: To TK, Saze H, Kakutani T
  • 雑誌名: Plant Physiol 巻: 168 号: 4 ページ: 1219-1225
  • DOI: 10.1104/pp.15.00543
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Genome-wide negative feedback drives transgenerational DNA methylation dynamics in Arabidopsis (2015)
  • 著者名/発表者名: T Ito, Y Tarutani, TK To, M Kassam, E Duvernois-Berthet, S Cortijo, K Takashima, H Saze, A Toyoda, A Fujiyama, V Colot, T Kakutani
  • 雑誌名: PLOS Genetics 巻: in press
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] The gene body H3K4mel dynamics mediate heterochromatin silencing (2018)
  • 著者名/発表者名: Tetsuji Kakutani
  • 学会等名: CSHA meeting: Chromatin, Epigenetics & Transcription
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Evolution of sequence-specific anti-silencing DNA demethylation systems by transposon-encoded anti-silencing factor (2018)
  • 著者名/発表者名: 齋藤絡、角谷徹仁
  • 学会等名: CSHA meeting: Chromatin, Epigenetics & Transcription
  • 国際学会
• [学会発表] トランスポゾンの抗抑制因子が備える標的特異性多様化機構 (2018)
  • 著者名/発表者名: 斎藤絡
  • 学会等名: 第12回日本エピジェネティクス研究会
• [学会発表] Evolution of sequence-specific anti-silencing systems in Arabidopsis (2018)
  • 著者名/発表者名: Tetsuji Kakutani
  • 学会等名: Annual meeting for Society for Molecular Biology and Evolution
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] シロイヌナズナにおけるヒストンバリアントH2A.ZとDNAメチル化の拮抗作用 (2018)
  • 著者名/発表者名: 西澤優一郎、藤泰子、富永さやか、角谷徹仁
  • 学会等名: 日本遺伝学会第90回大会
• [学会発表] シロイヌナズナのトランスポゾンVANDAL21の活性制御におけるRNAと抗抑制因子の拮抗的制御 (2018)
  • 著者名/発表者名: 佐々木卓、加藤夏恵、樽谷芳明、角谷徹仁
  • 学会等名: 日本遺伝学会第90回大会
• [学会発表] 分裂酵母を用いた遺伝子内クロマチン修飾動態制御の解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 稲垣宗一、高畑信也、村上洋太、角谷徹仁
  • 学会等名: 日本遺伝学会第90回大会
• [学会発表] RNAi targets sequence-specific anti-silencing systems of DNA TE in Arabidopsis (2018)
  • 著者名/発表者名: Tetsuji Kakutani
  • 学会等名: CSH meeting: Transposable Elements
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Evolution of sequence-specific anti-silencing systems in Arabidopsis (2018)
  • 著者名/発表者名: Tetsuji Kakutani
  • 学会等名: International symposium of Plant Epi/Genetics
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Transgenerational heterochromatin dynamics in coding and noncoding regions of transposons (2018)
  • 著者名/発表者名: Taiko K. To, Soichi Inagaki, Yoshiaki Tarutani, Kae Kato, Sayaka Tominaga, Atsushi Toyoda, Asao Fujiyama, Tetsuji Kakutani
  • 学会等名: CSH meeting: Transposable Elements
  • 国際学会
• [学会発表] 遺伝子内部のクロマチン修飾動態がシロイヌナズナのエピゲノム分化を仲介する (2017)
  • 著者名/発表者名: 稲垣宗一、高橋まゆみ、保坂碧、伊藤佑、豊田敦、藤山秋佐夫、樽谷芳明、角谷徹仁
  • 学会等名: 第11回日本エピジェネティクス研究会
• [学会発表] シロイヌナズナの配列特異的抗抑制機構の早い進化 (2017)
  • 著者名/発表者名: 保坂碧、斎藤絡、高嶋和哉、佐々木卓、樽谷芳明、角谷徹仁
  • 学会等名: 第11回日本エピジェネティクス研究会
• [学会発表] トランスポゾンにコードされる抗抑制因子の特異性と多様性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 斎藤絡、佐々木卓、保坂碧、樽谷芳明、角谷徹仁
  • 学会等名: 第11回日本エピジェネティクス研究会
• [学会発表] シロイヌナズナの配列特異的抗抑制系とその速い進化 (2017)
  • 著者名/発表者名: 保坂碧, 斎藤絡、高嶋和哉、佐々木卓、樽谷芳明、角谷徹仁
  • 学会等名: 日本遺伝学会第89回大会
• [学会発表] Evolution of sequence-specific anti-silencing system in Arabidopsis (2017)
  • 著者名/発表者名: 角谷徹仁
  • 学会等名: France・Japan Epigenetics workshop 2017
• [学会発表] DNA methylation and trans-generational inheritance in plants (2017)
  • 著者名/発表者名: 角谷徹仁
  • 学会等名: Three Special Seminar
• [学会発表] 配列特異的抗抑制系の進化 (2017)
  • 著者名/発表者名: 角谷徹仁
  • 学会等名: 第40回日本分子生物学会
• [学会発表] シロイヌナズナにおける配列特異的抗抑制の速い進化 (2017)
  • 著者名/発表者名: 角谷徹仁
  • 学会等名: 大阪大学ワークショップ：染色体研究の最前線
• [学会発表] トランスポゾンによる配列特異的な抗抑制の進化 (2016)
  • 著者名/発表者名: 斎藤絡、高嶋和哉、伊藤佑、樽谷芳明、角谷徹仁
  • 学会等名: 第57回植物生理学会
  • 発表場所: 岩手大学上田キャンパス
  • 年月日: 2016-03-18
• [学会発表] Evolution of sequence-specific anti-silencing by transposable elements in Arabidopsis (2016)
  • 著者名/発表者名: 角谷徹仁
  • 学会等名: 染色体OS－国際シンポジウム
  • 発表場所: 淡路夢舞台国際会議場
  • 年月日: 2016-03-02
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] RNA-mediated de novo silencing of an endogenous transposon in Arabidopsis thaliana (2016)
  • 著者名/発表者名: 佐々木卓
  • 学会等名: RNA-mediated de novo silencing of an endogenous transposon in Arabidopsis thaliana
• [学会発表] 抑制と抗抑制によるエピゲノム動態制御機構の解明 (2016)
  • 著者名/発表者名: 角谷徹仁
  • 学会等名: 第10回日本エピジェネティクス研究会年会
• [学会発表] VANDAL属トランスポゾンが持つ配列特異的DNA脱メチル化機能の進化 (2016)
  • 著者名/発表者名: 斎藤絡
  • 学会等名: 第10回日本エピジェネティクス研究会年会
• [学会発表] VANDAL速トランスポゾンがコードする抗抑制因子の特異性と多様性 (2016)
  • 著者名/発表者名: 斎藤絡、高嶋和哉、樽谷芳明、角谷徹仁
  • 学会等名: 日本遺伝学会第88回大会
• [学会発表] シロイヌナズナの配列特異的抑制系とその速い進化 (2016)
  • 著者名/発表者名: 保坂碧、斎藤絡、高嶋和哉、佐々木卓、樽谷芳明、角谷徹仁
  • 学会等名: 日本遺伝学会第88回大会
• [学会発表] シロイヌナズナの転移因子VANDA21の不活性化確立機構 (2016)
  • 著者名/発表者名: 佐々木卓、樽谷芳明、角谷徹仁
  • 学会等名: 日本遺伝学会第88回大会
• [学会発表] DNAメチル化消失の世代をこえた継承とその回復 (2016)
  • 著者名/発表者名: 藤泰子、樽谷芳明、加藤夏恵、稲垣宗一、伊藤佑、高橋まゆみ、豊田敦、藤山秋佐夫、Colot, V., 角谷徹仁
  • 学会等名: 日本遺伝学会第88回大会
• [学会発表] 遺伝子内部のヒストン修飾動態がシロイヌナズナの遺伝子サイレンシングに関わる (2016)
  • 著者名/発表者名: 稲垣宗一、高橋まゆみ、角谷徹仁
  • 学会等名: 日本遺伝学会第88回大会
• [学会発表] Rapd evolution of sequence-specific anti-silencing systems in Arabidopsis (2016)
  • 著者名/発表者名: 角谷徹仁
  • 学会等名: Cold Spring Harbor Laboratory：Transposable Elements
• [学会発表] Rapd evolution of sequence-specific anti-silencing systems in Arabidopsis (2016)
  • 著者名/発表者名: 保坂碧、角谷徹仁
  • 学会等名: Cold Spring Harbor Laboratory：Transposable Elements
• [学会発表] Dynamic regulation of heterochromatin in Arabidopsis (2016)
  • 著者名/発表者名: 稲垣宗一
  • 学会等名: Cold spring harbor asia conference:Latest advances in plant development & environmental response
• [学会発表] Transgenerational establishment of DNA methylation in Arabidopsis (2016)
  • 著者名/発表者名: 角谷徹仁
  • 学会等名: 第39回日本分子生物学会:Dissecting CpG islands
• [学会発表] シロイヌナズナのDNAメチル化とエピジェネティックな遺伝 (2015)
  • 著者名/発表者名: 角谷徹仁
  • 学会等名: 第38回日本分子生物学会
  • 発表場所: 神戸ポートアイランド
  • 年月日: 2015-12-01
• [学会発表] シロイヌナズナの世代を越えたDNAメチル化動態において働くゲノム規模での負のフィードバック (2015)
  • 著者名/発表者名: 伊藤佑、樽谷 芳明, 藤 泰子, 高嶋 和哉, 佐瀬 英俊, 豊田 敦, 藤山 秋佐夫, 角谷 徹仁
  • 学会等名: 日本遺伝学会第87回大会
  • 発表場所: 東北大学
  • 年月日: 2015-09-25
• [学会発表] Genome-wide negative feedback system for transgenerational DNA methylation dynamics in Arabidopsis (2015)
  • 著者名/発表者名: Tasuku Ito, Yoshiaki Tarutani, Taiko K.To, Kazuya Takashima, Hidetoshi Saze, Atsushi Toyoda, Asao Fujiyama, Tetsuji Kakutani
  • 学会等名: 内藤コンファレンス2015
  • 発表場所: シャトレーゼ ガトーキングダム 札幌
  • 年月日: 2015-09-16
  • 国際学会
• [学会発表] Genome-wide negative feedback system for transgenerational DNA methylation dynamics in Arabidopsis (2015)
  • 著者名/発表者名: Tasuku Ito, Yoshiaki Tarutani, Taiko K.To, Kazuya Takashima, Hidetoshi Saze, Atsushi Toyoda, Asao Fujiyama, Tetsuji Kakutani
  • 学会等名: Gordon Research Conference "Epigenetics"
  • 発表場所: Bentley University, Walthom, MA, USA
  • 年月日: 2015-08-02
  • 国際学会
• [学会発表] シロイヌナズナの継世代的DNAメチル化動態においてはゲノム規模での負のフィードバック が働く (2015)
  • 著者名/発表者名: 伊藤佑、樽谷 芳明, 藤 泰子, 高嶋 和哉, 佐瀬 英俊, 豊田 敦, 藤山 秋佐夫, 角谷 徹仁
  • 学会等名: 第9回日本エピジェネティクス研究会
  • 発表場所: 一ツ橋大学一ツ橋講堂
  • 年月日: 2015-05-24
• [学会発表] Epigenetic silencing and anti-silencing of TEs in Arabidopsis (2014)
  • 著者名/発表者名: Tetsuji Kakutani
  • 学会等名: 第38回内藤コンファレンス
  • 発表場所: 札幌（シャトレーゼガトーキングダム札幌）
  • 年月日: 2014-10-08
  • 招待講演
• [学会発表] 植物ゲノム進化と発生制御のエピジェネティック機構の研究 (2014)
  • 著者名/発表者名: 角谷徹仁
  • 学会等名: 日本遺伝学会第86回大会木原賞受賞講演
  • 発表場所: 長浜 （長浜バイオ大学）
  • 年月日: 2014-09-18
• [学会発表] シロイヌナズナのヒストンH3K9脱メチル化酵素IBM1(inrease in Bonsai Methylation1)と転写機構の相互作用 (2014)
  • 著者名/発表者名: 保坂碧、稲垣宗一、佐瀬英俊、角谷徹仁
  • 学会等名: 日本遺伝学会第86回大会
  • 発表場所: 長浜市 （長浜バイオ大学）
  • 年月日: 2014-09-17
• [学会発表] シロイヌナズナのddm1 (decrease in DNA methylation1) 変異は自殖の過程において双方向のDNAメチル化変化を引き起こす (2014)
  • 著者名/発表者名: 伊藤佑、樽谷芳明、佐瀬英俊、角谷徹仁
  • 学会等名: 日本遺伝学会第86回大会
  • 発表場所: 長浜 （長浜バイオ大学）
  • 年月日: 2014-09-17
• [学会発表] DNAメチル化とトランスポゾン動態 (2014)
  • 著者名/発表者名: 角谷徹仁
  • 学会等名: 日本植物学会第78回大会シンポジウム「細胞遺伝学の伝統と新たな地平」
  • 発表場所: 川崎 （明治大学生田キャンパス）
  • 年月日: 2014-09-13
  • 招待講演
• [学会発表] クロマチン長期記憶 (2014)
  • 著者名/発表者名: 角谷徹仁
  • 学会等名: 日本植物学会第78回大会シンポジウム「環境刺激に応答した植物の情報伝達と成長制御」
  • 発表場所: 川崎市 （明治大学生田キャンパス）
  • 年月日: 2014-09-12
• [学会発表] Epigenetic silencing and anti-silencing of TEs in Arabidopsis (2014)
  • 著者名/発表者名: Tetsuji Kakutani
  • 学会等名: 日本進化学会第16回大会
  • 発表場所: 高槻市 （高槻現代劇場）
  • 年月日: 2014-08-22
• [備考]
  • URL: http://www.nig.ac.jp/labs/AgrGen/home-j.html