時空間的核アクチン重合化制御によるクロマチン構造と転写状態の変動

• 研究領域: 動的クロマチン構造と機能
• 研究課題/領域番号: 16H01321
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 生物系
• 研究機関: 近畿大学
• 研究代表者: 宮本 圭 近畿大学, 生物理工学部, 講師 (40740684)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 9,360千円 (直接経費: 7,200千円、間接経費: 2,160千円); 2017年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円); 2016年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
• キーワード: 核アクチン / リプログラミング / クロマチン構造 / 光遺伝学

研究実績の概要

カエル卵母細胞核内へと移植された哺乳類体細胞核は、卵由来のクロマチン結合タンパク質を取り込み、最終的に抑制遺伝子が活性される（転写のリプログラミング）。転写のリプログラミングは階層的なクロマチン構造の変化によって誘導されるのだが、核アクチンの重合化が重要な役割を果たしている可能性が示されてきた。そこで本研究では、光遺伝学の手法を用いて核アクチンの重合化を時空間特異的に制御し、核アクチンがクロマチン構造に与える影響並びにリプログラミングに果たす役割を明らかにする。
核アクチンの重合化を時空間的特異的に制御するために、光遺伝学ツールの一つである「LOV（light, oxygen, voltage）ドメイン」に注目した。LOVドメインにアクチン重合化促進因子であるRac1を結合することにより、Rac1のアクチン重合化活性が阻害されるが、光刺激に応答してRac1のアクチン重合化活性が復元する。これにより、リプログラミングを受けている最中の体細胞核に、核アクチン重合化を光刺激に応じて時期特異的に誘導することに成功し、アクチン重合化促進に反応してクロマチンへの結合が変化するタンパク質群を同定した。また、アクチン重合化促進の結果、体細胞クロマチンがゲノムワイドに弛緩した状態に変化することをATAC-seqにより示した。以上の結果より、リプログラミングを受ける核においてアクチン重合化を促進すると、クロマチンリモデリングが促進され、結果として弛緩した状態のクロマチンが作り上げられること明らかにした。
上記のカエル卵母細胞を用いた哺乳類体細胞核のリプログラミング系とは別に、マウス初期胚発生における核アクチン重合化の役割も調べ、核の膨化に核アクチン重合化が関与していることを明らかにした。

現在までの達成度 (段落)

29年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

29年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] ケンブリッジ大学(John Gurdon教授)(英国)
• [国際共同研究] マーバーグ大学(Robert Grosse教授)(ドイツ)
• [国際共同研究] ブリストル大学(Abderrahmane Kaidi博士)(英国)
• [国際共同研究] ケンブリッジ大学ガードン研究所/ブリストル大学(英国)
• [国際共同研究] ニューヨーク大学アブダビ校(アラブ首長国連邦)
• [国際共同研究] マーバーグ大学(ドイツ)
• [雑誌論文] Combinational treatment of Trichostatin A and vitamin C improves the efficiency of cloning mice by somatic cell nuclear transfer (2018)
  • 著者名/発表者名: Azuma R, Miyamoto K, Oikawa M, Yamada M, Anzai M
  • 雑誌名: J Vis Exp. 巻: 134 号: 134 ページ: 1-10
  • DOI: 10.3791/57036
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Srf destabilizes cellular identity by suppressing cell-type-specific gene expression programs (2018)
  • 著者名/発表者名: Ikeda T, Hikichi T, Miura H, Shibata H, Mitsunaga K, Yamada Y, Woltjen K, Miyamoto K, Watanabe A, Hiratani I, Yamada Y, Yamamoto T, Hotta A, Okita K, Masui S
  • 雑誌名: Nat Commun. 巻: 9 号: 1 ページ: 1387-1387
  • DOI: 10.1038/s41467-018-03748-1
  • NAID: 120006517799
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Peroxiredoxin as a functional endogenous antioxidant enzyme in pronuclei of mouse zygotes (2018)
  • 著者名/発表者名: Morita K, Tokoro M, Hatanaka Y, Higuchi C, Ikegami H, Nagai K, Anzai M, Kato H, Mitani T, Taguchi Y, Yamagata K, Hosoi Y, Miyamoto K, Matsumoto K
  • 雑誌名: Journal of Reproduction and Development 巻: 64 号: 2 ページ: 161-171
  • DOI: 10.1262/jrd.2018-005
  • NAID: 130006699697
  • ISSN: 0916-8818, 1348-4400
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Ubiquitin-proteasome system modulates zygotic genome activation in early mouse embryos and influences full-term development (2018)
  • 著者名/発表者名: Higuchi C, Shimizu N, Shin SW, Morita K, Nagai K, Anzai M, Kato H, Mitani T, Yamagata K, Hosoi Y, Miyamoto K, Matsumoto K
  • 雑誌名: Journal of Reproduction and Development 巻: 64 号: 1 ページ: 65-74
  • DOI: 10.1262/jrd.2017-127
  • NAID: 130006405009
  • ISSN: 0916-8818, 1348-4400
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A transient pool of nuclear F-actin at mitotic exit controls chromatin organization (2017)
  • 著者名/発表者名: Baarlink C, Plessner M, Sherrard A, Morita K, Misu S, Virant D, Kleinschnitz EM,Harniman R, Alibhai D, Baumeister S, Miyamoto K, Endesfelder U, Kaidi A, Grosse R
  • 雑誌名: Nat Cell Biol. 巻: 19 号: 12 ページ: 1389-1399
  • DOI: 10.1038/ncb3641
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Reprogramming towards totipotency is greatly facilitated by synergistic effects of small molecules (2017)
  • 著者名/発表者名: Miyamoto K, Tajima Y, Yoshida K, Oikawa M, Azuma R, Allen GE, Tsujikawa T, Tsukaguchi T, Bradshaw CR, Jullien J, Yamagata K, Matsumoto K, Anzai M, Imai H, Gurdon JB, Yamada M
  • 雑誌名: Biology Open 巻: 6 号: 4 ページ: 415-424
  • DOI: 10.1242/bio.023473
  • NAID: 120006223660
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Gene Resistance to Transcriptional Reprogramming following Nuclear Transfer Is Directly Mediated by Multiple Chromatin-Repressive Pathways (2017)
  • 著者名/発表者名: Jullien J, Vodnala M, Pasque V, Oikawa M, Miyamoto K, Allen G, David SA, Brochard V, Wang S, Bradshaw C, Koseki H, Sartorelli V, Beaujean N, Gurdon J
  • 雑誌名: Molecular Cell 巻: 65 号: 5 ページ: 873-884
  • DOI: 10.1016/j.molcel.2017.01.030
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Nuclear actin in development and transcriptional reprogramming (2017)
  • 著者名/発表者名: Misu S, Takebayashi M, Miyamoto K
  • 雑誌名: Frontiers in Genetics 巻: 8 ページ: 27-27
  • DOI: 10.3389/fgene.2017.00027
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Sperm is epigenetically programmed to regulate gene transcription in embryos (2016)
  • 著者名/発表者名: Teperek M, Simeone A, Gaggioli V, Miyamoto K, Allen GE, Erkek S, Kwon T, Marcotte EM, Zegerman P, Bradshaw CR, Peters AH, Gurdon JB, Jullien J
  • 雑誌名: Genome Research 巻: 26 号: 8 ページ: 1034-1046
  • DOI: 10.1101/gr.201541.115
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Roles of nuclear actin in mouse embryonic development (2017)
  • 著者名/発表者名: 宮本圭
  • 学会等名: 2017年度生命科学系学会合同年次大会（ConBio2017）
  • 招待講演
• [学会発表] Nuclear actin polymerization in mouse embryonic development (2017)
  • 著者名/発表者名: Miyamoto K
  • 学会等名: ASCB/EMBO 2017 meeting
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 核の初期化とマウス初期胚発生における核アクチンの役割 (2017)
  • 著者名/発表者名: 宮本圭
  • 学会等名: 新学術領域研究・第5回公開シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] Roles of nuclear actin in nuclear reprogramming and mouse embryonic development (2017)
  • 著者名/発表者名: Miyamoto K
  • 学会等名: HMGU-Japan Epigenetics and Chromatin Symposium
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Open chromatin configuration at primed promoters is formed during embryogenesis and accelerates transcriptional activation during differentiation and nuclear reprogramming (2017)
  • 著者名/発表者名: Miyamoto K
  • 学会等名: EMBO Conference The Nucleosome: From Atoms to Genomes
  • 国際学会
• [学会発表] Efficient nuclear reprogramming of somatic cells towards totipotency is supported by synergistic effects of small molecules (2017)
  • 著者名/発表者名: Miyamoto K, Tajima Y, Yoshida K, Oikawa M, Azuma R, Mori M, Imasato Y, Allen G.E, Tsujikawa T, Tsukaguchi T, Bradshaw C.R, Jullien J, Yamagata K, Matsumoto K, Anzai M, Imai H, Gurdon J.B, Yamada M.
  • 学会等名: 第50回 日本発生生物学会
  • 招待講演
• [学会発表] The improved culture condition for mouse nuclear transfer embryos enables highly efficient nuclear reprogramming (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Miyamoto, Y. Tajima, K. Yoshida, T. Tsukaguchi, C.R. Bradshaw, G.E. Allen, M. Mori, Y. Imazato, J. Jullien, K. Matsumoto, H. Imai, J.B. Gurdon, and M. Yamada
  • 学会等名: The 3rd China-Japan-Korea reproduction meeting
  • 発表場所: 南京、中国
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Mechanisms of nuclear reprogramming in eggs and oocytes (2016)
  • 著者名/発表者名: K.Miyamoto
  • 学会等名: King Abdullah University of Science and Technology
  • 発表場所: アブドラ王立科学技術大学、サウジアラビア
  • 招待講演
• [学会発表] Mechanisms of nuclear reprogramming in eggs and oocytes (2016)
  • 著者名/発表者名: K.Miyamoto
  • 学会等名: New York University Abu Dhabi
  • 発表場所: ニューヨーク大学アブダビ校、UAE
  • 招待講演
• [学会発表] クローン動物がもたらした可能性 (2016)
  • 著者名/発表者名: 宮本圭
  • 学会等名: 第109回日本繁殖生物学会大会
  • 発表場所: 麻布大学（神奈川県相模原市）
  • 招待講演
• [学会発表] アフリカツメガエル卵母細胞を用いたリプログラミングとクロマチン動構造の解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 宮本圭
  • 学会等名: 次世代両生類研究会
  • 発表場所: 基礎生物学研究所（愛知県岡崎市）
  • 招待講演
• [備考] Researchmap
  • URL: https://researchmap.jp/KeiMiyamoto/?lang=japanese
• [備考] 動物におけるリプログラミング現象の解明から、細胞初期化の要素を特定する
  • URL: http://top-researchers.com/?p=994
• [備考] Researchmap
  • URL: http://researchmap.jp/KeiMiyamoto/
• [備考] Researchgate
  • URL: https://www.researchgate.net/profile/Kei_Miyamoto/contributions
• [産業財産権] 哺乳動物核移植胚の発生率向上法 (2017)
  • 発明者名: 宮本圭、岩元正樹
  • 権利者名: （学）近畿大学、（株）プライムテック
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2017-015891
  • 出願年月日: 2017-01-31