ＲＮＡポリメラーゼＩＩによる転写の場のダイナミクス

• 研究領域: 遺伝情報収納・発現・継承の時空間場
• 研究課題/領域番号: 23114711
• 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: 大阪大学
• 研究代表者: 木村 宏 大阪大学, 生命機能研究科, 准教授 (30241392)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2013-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2012年度)
• 配分額: 11,180千円 (直接経費: 8,600千円、間接経費: 2,580千円); 2012年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円); 2011年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円)
• キーワード: 遺伝子発現 / クロマチン / ヒストンアセチル化 / 転写 / キネティックモデル / ChIP-seq / 生細胞計測 / ヒストン修飾 / エピジェネティクス

研究実績の概要

転写は、遺伝情報発現の出発点であるが、細胞核において転写の場がどのように構築され、制御されるのかについての基本的問題は解明されていない。本研究では、転写の場の形成機構を明らかにするために、転写誘導可能な遺伝子アレイを保持する細胞を用いて、RNAポリメラーゼIIの活性化動態の生細胞計測を行った。本年度は、遺伝子アレイへのRNAポリメラーゼIIの集積、転写開始、転写伸長の計測データをキネティックモデルへフィッティングし、最もよく適合するパラメータの数値を導き出した。その結果、ホルモン刺激による誘導後に転写因子（グルココルチコイド受容体）が遺伝子アレイに結合後、2～3分でRNAポリメラーゼIIがリクルートされ、そのうち10%程度が1分程度で転写を開始し、さらにそのうちの80%が2分程度で伸長反応に至ることが示唆された。この転写から伸長への高い遷移効率は、これまで他のモデル系で示唆されていた結果とは異なっていた。そこで、転写を誘導する前からアレイ上に存在するヒストンH3のアセチル化に着目し、誘導前のH3アセチル化レベルの違いとRNAポリメラーゼIIの動態との関係について解析したところ、高アセチル化状態にある遺伝子アレイでは、転写因子がより集積すること、及び、転写開始から伸長に至る過程が促進されることが明らかになった。このヒストンのアセチル化と転写伸長との関係については、ChIP-seqやmRNA-seqを用いたゲノムワイドの解析によっても支持された。これらの結果から、ヒストンH3のアセチル化は、転写の場の形成と転写伸長の誘導の両方を促進すると考えられた。

現在までの達成度 (段落)

24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

24年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Cancer associated up-regulation of H3K9 methylation promotes cell motility in vitro and drives tumor formation in vivo. (2013)
  • 著者名/発表者名: Yokoyama, Y., Hieda, M., Nishioka, Y., Matsumoto, A., Higashi, S., Kimura, H., Yamamoto, H., Mori, M., Matsuura, S., and Matsuura, N.
  • 雑誌名: Cancer Science 巻: 104 号: 7 ページ: 889-895
  • DOI: 10.1111/cas.12166
  • 査読あり
• [雑誌論文] Chromosome engineering allows the efficient isolation of vertebrate neocentromeres (2013)
  • 著者名/発表者名: Shang WH, Hori T, Martins NM, Toyoda A, Misu S, Monma N, Hiratani I, Maeshima K, Ikeo K, Fujiyama A, Kimura H, Earnshaw WC, and Fukagawa T
  • 雑誌名: Dev Cell 巻: 24 号: 6 ページ: 635-648
  • DOI: 10.1016/j.devcel.2013.02.009
  • 査読あり
• [雑誌論文] Vertebrate Spt2 is a novel nucleolar histone chaperone that assists in ribosomal DNA transcription (2013)
  • 著者名/発表者名: Osakabe A, Tachiwana H, Takaku M, Hori T, Obuse C, Kimura H, Fukagawa T, Kurumizaka H
  • 雑誌名: J. Cell Sci 巻: 126 ページ: 1323-1332
  • DOI: 10.1242/jcs.112623
  • 査読あり
• [雑誌論文] Lamin B receptor recognizes specific modifications of histone H4 in heterochromatin formation (2012)
  • 著者名/発表者名: Hirano Y, Hizume K, Kimura H, Takeyasu K, Haraguchi T, Hiraoka Y
  • 雑誌名: J. Biol. Chem 巻: 287 号: 51 ページ: 42654-42663
  • DOI: 10.1074/jbc.m112.397950
  • 査読あり
• [雑誌論文] Histone chaperone activity of Fanconi anemia proteins, FANCD2 and FANCI, is required for DNA crosslink repair (2012)
  • 著者名/発表者名: Koichi Sato. Masamichi Ishiai, Kazue Toda, Satoshi Furukoshi, Akihisa Osakabe, Hiroaki Tachiwana, Yoshimasa Takizawa, Wataru Kagawa, Hiroyuki Kitao, Naoshi Dohmae, Chikashi Obuse, Hiroshi Kimura, Minoru Takata, Hitoshi Kurumizaka
  • 雑誌名: The EMBO Journal 巻: 31 号: 17 ページ: 3524-3536
  • DOI: 10.1038/emboj.2012.197
  • 査読あり
• [雑誌論文] Epigenetic Engineering : Histone H3K9 acetylation is compatible with kinetochore structure and function (2012)
  • 著者名/発表者名: Bergmann JH, Jakubsche JN, Martins NM, Kagansky A, Nakano M, Kimura H, Kelly DA, Turner BM, Masumoto H, Larionov V, and Earnshaw WC
  • 雑誌名: J Cell Sci 巻: 125 号: 2 ページ: 411-421
  • DOI: 10.1242/jcs.090639
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fluorescence cell imaging and manipulation using conventional halogen lamp microscopy (2011)
  • 著者名/発表者名: Yamagata K
  • 雑誌名: PLoS One 巻: 7 号: 2 ページ: e31638-e31638
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0031638
  • 査読あり
• [雑誌論文] Tracking epigenetic histone modifications in single cells using Fab-based live endogenous modification labeling (2011)
  • 著者名/発表者名: Hayashi-Takanaka Y
  • 雑誌名: Nucleic Acids Res 巻: 39 号: 15 ページ: 6475-6488
  • DOI: 10.1093/nar/gkr343
  • 査読あり
• [雑誌論文] Crystal structure of the human centromeric nucleosome containing CENP-A (2011)
  • 著者名/発表者名: Tachiwana H, Kagawa W, Shiga T, Osakabe A, Miya Y, Saito K, Hayashi-Takanaka Y, Oda T, Sato M, Park SY, Kimura H, Kurumizaka H
  • 雑誌名: Nature 巻: 476 号: 7359 ページ: 232-235
  • DOI: 10.1038/nature10258
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structures of human nucleosomes containing major histone H3 variants (2011)
  • 著者名/発表者名: Tachiwana H, Osakabe A, Shiga T, Miya Y, Kimura H, Kagawa W, Kurnmizaka H
  • 雑誌名: Acta Crystallogr.D Biol.Crystallogr. 巻: 67 号: 6 ページ: 578-583
  • DOI: 10.1107/s0907444911014818
  • 査読あり
• [学会発表] Kinetics of RNA polymerase II transcription in living cells． (2012)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Kimura
  • 学会等名: 第50回日本生物物理学会
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 2012-09-22
  • 招待講演
• [学会発表] Small molecule screening for epigenetic modulators. (2012)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Kimura
  • 学会等名: JSPS UK/Japan Collaborative Symposium “Interdisciplinary approaches for the study of senescence”
  • 発表場所: Cambridge, UK
  • 招待講演
• [学会発表] Monitoring epigenetic modifications in living cells． (2011)
  • 著者名/発表者名: 木村 宏
  • 学会等名: 第34回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: 横浜
  • 招待講演
• [学会発表] ヒストンH3のメチル化とアセチル化の生細胞ダイナミクス． (2011)
  • 著者名/発表者名: 木村 宏
  • 学会等名: 第84回日本生化学会大会
  • 発表場所: 京都
  • 招待講演
• [学会発表] 蛋白質翻訳後修飾の生細胞イメージング． (2011)
  • 著者名/発表者名: 木村 宏
  • 学会等名: 第11回日本蛋白質科学会年会
  • 発表場所: 吹田
  • 招待講演
• [備考] 木村グループHP
  • URL: http://www.fbs.osaka-u.ac.jp/labs/hiraoka/kimura/index.html
• [備考] 大阪大学生命機能研究科教員基本情報 木村 宏
  • URL: http://www.dma.jim.osaka-u.ac.jp/view?l=jau=7721
• [備考] 木村グループHP
  • URL: http://www.fbs.osaka-u.ac.jp/labs/hiraoka/kimura/index.html
• [備考] 大阪大学生命機能研究科教員基本情報 木村 宏
  • URL: http://www.dma.jim.osaka-u.ac.jp/view?l=ja&u=7721