エピゲノム情報修復システムとしての受精後刷り込みメチル化機構の役割

• 研究課題/領域番号: 26292189
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 一部基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 応用分子細胞生物学
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 谷本 啓司 筑波大学, 生命環境系, 教授 (90261776)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 17,290千円 (直接経費: 13,300千円、間接経費: 3,990千円); 2018年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円); 2017年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円); 2016年度: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2015年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円); 2014年度: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)
• キーワード: ゲノム / 発現制御 / エピジェネティクス / ゲノム刷り込み / DNAメチル化 / 遺伝子改変マウス

研究成果の概要

哺乳動物にのみ存在する転写制御メカニズム、「ゲノム刷り込み」は、ある遺伝子が父親、あるいは母親から受け継がれた時にのみ片アリル性発現する現象である。われわれは、遺伝子改変マウス（トランスジェニックマウス、ノックアウトマウス、ゲノム編集マウスなど）を作成・解析することで、特定の遺伝子が由来する親の性を、子供の細胞において区別するための印（エピジェネティック・マーク）が付加されるゲノムDNA領域を見いだすことに成功した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

DNA塩基配列以外の情報が親世代から子世代へと受け継がれ、それが子世代の遺伝子発現を変化させる例が知られる。ゲノム刷り込みでは、精子や卵の形成過程でゲノムDNAに付加されるメチル化が、由来する親の性を見分ける唯一の目印であると考えられていた。しかし申請者は、DNAメチル化以外の印も、生殖細胞でゲノムに付加されることを見いだし、本研究において、この未知のエピジェネティック情報が書き込まれる場所を特定し、ゲノム刷り込み分子制御メカニズムの一端を解明した。本成果は、クローンによる動物（優良家畜や希少種）生産の問題解決等につながると考えている。

研究成果

• [国際共同研究] University of Michigan(米国)
• [雑誌論文] Recapitulation of gametic DNA methylation and its post-fertilization maintenance with reassembled DNA elements at the mouse Igf2/H19 locus (2020)
  • 著者名/発表者名: Matsuzaki, H., Kuramochi, D., Okamura, E., Hirakawa, K., Ushiki, A., and Tanimoto, K.
  • 雑誌名: Epigenetics & Chromatin 巻: 13 号: 1 ページ: 2-2
  • DOI: 10.1186/s13072-019-0326-1
  • NAID: 120007132843
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Transvection-like interchromosomal interaction is not observed at the transcriptional level when tested in the Rosa26 locus in mouse (2019)
  • 著者名/発表者名: Tanimoto, K., Matsuzaki, H., Okamura, E., Ushiki, A., Fukamizu, A., Engel JD.
  • 雑誌名: PLoS ONE 巻: 14 (2) 号: 2 ページ: e0203099-e0203099
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0203099
  • NAID: 120007128122
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Synthetic DNA fragments bearing ICR cis elements become differentially methylated and recapitulate genomic imprinting in transgenic mice (2018)
  • 著者名/発表者名: Matsuzaki, H,. Okamura, E., Kuramochi, D., Ushiki, A., Hirakawa, K., Fukamizu, A., and Tanimoto, K.
  • 雑誌名: Epigenetics & Chromatin 巻: 11 号: 1 ページ: 36-36
  • DOI: 10.1186/s13072-018-0207-z
  • NAID: 120006939623
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Homeostatic Response of Mouse renin Gene Transcription in a Hypertensive Environment Is Mediated by a Novel 5' Enhancer. (2018)
  • 著者名/発表者名: Ushiki Aki、Matsuzaki Hitomi、Fukamizu Akiyoshi、Tanimoto Keiji
  • 雑誌名: Mol Cell Biol. 巻: 38 号: 7
  • DOI: 10.1128/mcb.00566-17
  • NAID: 120007134354
  • 査読あり
• [雑誌論文] Long-Range Control of Renin Gene Expression in Tsukuba Hypertensive Mice (2016)
  • 著者名/発表者名: Aki Ushiki, Hitomi Matsuzaki, Junji Ishida, Akiyoshi Fukamizu and Keiji Tanimoto
  • 雑誌名: PLoS ONE 巻: - 号: 11 ページ: e0166974-e0166974
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0166974
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] De novo DNA methylation through the 5'-segment of the H19 ICR maintains its imprint during early embryogenesis (2015)
  • 著者名/発表者名: Matsuzaki, H., Okamura, E., Takahashi, T., Ushiki, A., Nakamura, T., Nakano, T., Hata, K., Fukamizu, A., and Tanimoto, K.
  • 雑誌名: Development 巻: 142 ページ: 3833-3844
  • DOI: 10.1242/dev.126003
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] Test for DNA methylation activity of the human H19-ICR in YAC transgenic mice by adopting a transgene co-placement strategy (2019)
  • 著者名/発表者名: Hirakawa, K., Hitomi, M., Tanimoto, K.
  • 学会等名: The 15th Transgenic Technology Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Reconstituted H19 ICR sequence with identified cis elements is capable of maintaining genomic imprinting in knock-in mouse (2019)
  • 著者名/発表者名: Hitomi Matsuzaki, Daichi Kuramochi, Katsuhiko Hirakawa, and Keiji Tanimoto
  • 学会等名: 33rd International Mammalian Genome Conference
  • 国際学会
• [学会発表] A genetic test for transvection-like interchromosomal functional interaction at the mouse Rosa26 locus (2019)
  • 著者名/発表者名: Keiji Tanimoto, Hitomi Matsuzaki and James Douglas Engel
  • 学会等名: 第42回日本分子生物学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] マウスのゲノム刷り込み制御におけるH19-ICR配列反転の効果 (2019)
  • 著者名/発表者名: 宮嶋 優、谷本 啓司、松崎 仁美
  • 学会等名: 第42回日本分子生物学会年会
• [学会発表] YACトランスジェニック・マウスを用いたヒトH19-ICR刷り込みメチル化メカニズムの検証 (2019)
  • 著者名/発表者名: 平川 勝彦、松崎 仁美、谷本 啓司
  • 学会等名: 第42回日本分子生物学会年会
• [学会発表] H19-ICR 反転マウスを用いたゲノム刷り込み制御機構の解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 松﨑仁美、宮嶋優、谷本啓司
  • 学会等名: 第41回日本分子生物学会年会
• [学会発表] In vivo analysis of H19 gene transcriptional mechanism by inversion of the H19 imprinting control region (2018)
  • 著者名/発表者名: Hitomi Matsuzaki, Yu Miyajima, Keiji Tanimoto
  • 学会等名: 32nd International Mammalian Genome Conference
  • 国際学会
• [学会発表] ヒトβグロビン遺伝子座における H19-ICR 断片挿入の効果とクロマチン立体構造解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 平川勝彦、松﨑仁美、谷本啓司
  • 学会等名: 第12回 日本エピジェネティクス研究会年会「エピジェネティクスの地平線」
• [学会発表] H19-ICR 反転による H19 遺伝子転写制御機構の in vivo 解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 宮嶋優、谷本啓司、松﨑仁美
  • 学会等名: 第12回 日本エピジェネティクス研究会年会「エピジェネティクスの地平線」
• [学会発表] Imprinted gene expression can be reconstituted by synthetic DNA fragment composed of specified cis regulatory elements from the H19 ICR (2018)
  • 著者名/発表者名: Matsuzaki, H., Kuramochi, D., Hirakawa, K., Tanimoto, K.
  • 学会等名: Keystone Symposia (Gene Control in Development and Disease)
  • 国際学会
• [学会発表] Homeostatic response of renin gene transcription to hypertension is mediated by its novel 5′ enhancer (2018)
  • 著者名/発表者名: Tanimoto, K., Ushiki, A., Matsuzaki, H., Fukamizu, A.
  • 学会等名: Keystone Symposia (Gene Control in Development and Disease)
  • 国際学会
• [学会発表] Conserved regulatory mechanisms of human and mouse renin genes expression in the hypertensive-environment (2017)
  • 著者名/発表者名: Ushiki A., Matsuzaki H., Fukamizu A., and Tanimoto K.
  • 学会等名: CDB Symposium 2017 - Towards Understanding Human Development, Heredity, and Evolution-
  • 発表場所: RIKEN Center for Developmental Biology, Chuo-ku, Kobe, Japan
  • 年月日: 2017-03-27
  • 国際学会
• [学会発表] 人工刷り込み制御配列によるゲノム刷り込みの再構築 (2017)
  • 著者名/発表者名: 倉持 大地、松﨑 仁美 、牛木 亜季、谷本 啓司
  • 学会等名: 第64回日本実験動物学会総会
• [学会発表] レニン遺伝子の高血圧環境応答性 cis-DNA 配列の解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 牛木 亜季、松﨑 仁美 、深水 昭吉、谷本 啓司
  • 学会等名: 第64回日本実験動物学会総会
• [学会発表] Enhancer-mediated regulatory mechanism of mouse renin gene transcription in hypertensive-environment (2017)
  • 著者名/発表者名: Tanimoto K., Ushiki A., Matsuzaki H., Fukamizu A.
  • 学会等名: Mammalian Genetics and Genomics
  • 国際学会
• [学会発表] レニン遺伝子の高血圧応答性を制御するエンハンサーの同定 (2017)
  • 著者名/発表者名: 牛木 亜季、松﨑 仁美 、深水 昭吉、谷本 啓司
  • 学会等名: 遺伝研研究会「マウスとラットで拓く新しい比較実験動物学」
• [学会発表] マウス H19 ICR におけるアリル特異的 DNA メチル化制御配列の同定 (2016)
  • 著者名/発表者名: 松﨑 仁美、倉持 大地、牛木 亜季、谷本 啓司
  • 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] 高血圧応答性エンハンサーによるレニン遺伝子の転写制御 (2016)
  • 著者名/発表者名: 牛木 亜季、松﨑 仁美、深水 昭吉、谷本 啓司
  • 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] アリル特異的 DNA メチル化（刷り込みメチル化）配列の in vivo 再構築 (2016)
  • 著者名/発表者名: 谷本 啓司、松﨑 仁美、牛木 亜季、倉持 大地
  • 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／東北大学川内北キャンパス（宮城県・仙台市）
  • 年月日: 2016-09-25
• [学会発表] Imprinted DNA methylation status can be reconstituted by combining activity of distinct H19 ICR elements in mice (2016)
  • 著者名/発表者名: Matsuzaki, H., and Tanimoto, K.
  • 学会等名: Mouse Genetics 2016 at The Allied Genetics Conference 2016
  • 発表場所: Orlando, Florida (USA)
  • 年月日: 2016-07-13
  • 国際学会
• [学会発表] マウス H19 ICR 上流配列を介したアリル特異的 DNA メチル化の検証（In vivo test for allele-specific DNA methylation acquisition through 5’-segment of mouse H19 ICR） (2016)
  • 著者名/発表者名: 松﨑 仁美、倉持 大地、谷本 啓司
  • 学会等名: 第10回日本エピジェネティクス研究会年会
  • 発表場所: 千里ライフサイエンスセンター（大阪府・豊中市）
  • 年月日: 2016-05-19
  • 招待講演
• [学会発表] 遠位エンハンサーによるレニン遺伝子の高血圧応答性転写制御 (2016)
  • 著者名/発表者名: 牛木亜季、深水 昭吉、谷本啓司
  • 学会等名: 冬の若手ワークショップ2016（転写サイクル＆転写代謝システム＆転写研究会 共催）
  • 発表場所: 山梨県山中湖村
  • 年月日: 2016-02-04
• [学会発表] マウスにおける再構築刷り込みメチル化配列の活性の検証 (2015)
  • 著者名/発表者名: 松﨑仁美、倉持大地、谷本啓司
  • 学会等名: BMB2015（第38回日本分子生物学会年会・第88回日本生化学会大会 合同大会）
  • 発表場所: 神戸ポートアイランド, 兵庫県神戸市
  • 年月日: 2015-12-01
• [学会発表] De novo DNA methylation mediated by 5’ portion of the H19 ICR is essential for maintaining its methylation imprintduring early embryogenesis in mice (2015)
  • 著者名/発表者名: Tanimoto, K., Matsuzaki, H., Okamura, E., Ushiki, A., and Takahashi, T.
  • 学会等名: Mouse Molecular Genetics
  • 発表場所: Wellcome Genome Campus, Hinxton, Cambridge, UK
  • 年月日: 2015-09-16
  • 国際学会
• [学会発表] 刷り込みメチル化制御配列の再構築 (2015)
  • 著者名/発表者名: 松﨑仁美
  • 学会等名: 生殖エピゲノム若手勉強会2015（生殖細胞のエピゲノムダイナミクスとその制御）
  • 発表場所: ラフォーレ修善寺, 静岡県伊豆市
  • 年月日: 2015-07-22
• [学会発表] 刷り込みメチル化配列の再構築 (2015)
  • 著者名/発表者名: 松﨑仁美、谷本啓司
  • 学会等名: 第9回日本エピジェネティクス研究会年会
  • 発表場所: 学術総合センター 一橋講堂, 東京都千代田区
  • 年月日: 2015-05-25
• [学会発表] A role for postfertilization, allele-specific DNA methylation activity in maintaining the imprinted H19 ICR methylation (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Matsuzaki, E. Okamura, A. Ushiki, T. Takahashi and K. Tanimoto
  • 学会等名: Keystone Symposia (DNA methylation)
  • 発表場所: Keystone, CO, USA
  • 年月日: 2015-03-29 – 2015-04-03
• [学会発表] β-グロビン・ノックインマウスを用いた染色体間相互作用（transvection）の遺伝学的検証 (2014)
  • 著者名/発表者名: 谷本啓司、後藤義人、J.D.Engel
  • 学会等名: 第37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: 2014-11-25 – 2014-11-27
• [学会発表] Igf2/H19刷り込み遺伝子座における受精後アリル特異的DNAメチル化活性の解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 松崎仁美、岡村永一、牛木亜季、高橋拓也、谷本啓司
  • 学会等名: 第37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: 2014-11-25 – 2014-11-27
• [学会発表] アリル特異的な受精後DNAメチル化活性は、初期胚におけるH19 ICRの刷り込みメチル化の維持に重要である (2014)
  • 著者名/発表者名: 谷本啓司、松﨑仁美
  • 学会等名: 新学術領域 第2回公開シンポジウム「生殖細胞のエピゲノムダイナミクスとその制御」
  • 発表場所: 九州大学（福岡県福岡市）
  • 年月日: 2014-10-31 – 2014-11-01
• [学会発表] A genetic test for interchromosomal DNA interaction (transvection) in a β-globin knock-in mouse (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Tanimoto and J.D. Engel
  • 学会等名: 19th Hemoglobin Switching Conference
  • 発表場所: St. John’s College, Oxford, UK
  • 年月日: 2014-09-04 – 2014-09-08
• [学会発表] マウスH19 ICRにおける受精後アリル特異的DNAメチル化活性の解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 松﨑仁美、岡村永一、牛木亜季、高橋拓也、谷本啓司
  • 学会等名: 第8回日本エピジェネティクス研究会年会
  • 発表場所: 東京大学伊藤国際学術研究センター（東京都文京区）
  • 年月日: 2014-05-25 – 2014-05-27
• [備考] 筑波大学 生命環境科学研究科 谷本研究室
  • URL: http://kt-b1-mac1.tara.tsukuba.ac.jp/~tanimotokeiji/Keijis/Welcome.html
• [備考] 筑波大学 生命環境科学研究科 谷本研究室
  • URL: http://kt-b1-mac1.tara.tsukuba.ac.jp/~tanimotokeiji/Keijis/xue_hui_fa_biao.html
• [備考] 筑波大学 生命環境科学研究科 谷本研究室
  • URL: http://kt-b1-mac1.tara.tsukuba.ac.jp/~tanimotokeiji/Keijis/Welcome.html
• [備考] 谷本研究室ホームページ
  • URL: http://kt-b1-mac1.tara.tsukuba.ac.jp/~tanimotokeiji/Keijis/Welcome.html
• [備考] 筑波大学 生命環境科学研究科 谷本研究室
  • URL: http://kt-b1-mac1.tara.tsukuba.ac.jp/~tanimotokeiji/Keijis/Publications.html
• [備考] ゲノム刷り込みを読み解く ～ゲノム刷り込みが維持される仕組みに迫る～
  • URL: http://www.tsukuba.ac.jp/attention-research/p201511171200.html
• [備考] ゲノム刷り込みを読み解く ～ゲノム刷り込みが維持される仕組みに迫る～
  • URL: http://www.tsukuba.ac.jp/wp-content/uploads/151116tanimoto1.pdf
• [備考] 筑波大学生命環境科学研究科 谷本研究室
  • URL: http://www1.accsnet.ne.jp/~tanimoto/Keijis/Welcome.html