Ｐｏｌ２の転写伸長・終結・リサイクル過程におけるチェックポイント制御機構の解明

2013 年度 実績報告書

• 研究領域: 高精細アプローチで迫る転写サイクル機構の統一的理解
• 研究課題/領域番号: 24118002
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 山口 雄輝 東京工業大学, 生命理工学研究科, 教授 (50345360)
• 研究分担者: 田村 智彦 横浜市立大学, 医学(系)研究科(研究院), 教授 (50285144) ; 川内 潤也 東京医科歯科大学, 難治疾患研究所, 助教 (20544498)
• 研究期間 (年度): 2012-06-28 – 2017-03-31
• キーワード: 遺伝子 / 発現制御 / 発生・分化 / 生体生命情報学 / 酵素

研究概要

転写開始後の過程については依然として未解決の点が多い。そこで、本計画研究では以下の4つの課題に取り組んでいる。
課題1：ダイナミクスを解析可能な新規実験系の開発。山口は、時間分解能を持つ改良型ChIP法の開発を行っている。テトラサイクリン誘導発現系でタグ付きの目的タンパク質を誘導する系は、予想どおりカイネティクスが遅く、低い時間分解能しか得られなかったので、代わりに翻訳後段階で目的タンパク質の活性を制御するFKBP/FRB/ラパマイシン系の構築を進めた。
課題2：転写サイクルのダイナミクス解析。山口は、Pol II転写産物が受ける複数の3'プロセシング経路がいかにして選択されるか、を研究している。転写伸長の初期段階で働くNELFが、3'プロセシングの経路選択に重要な役割を果たしていることを見出した。NELFは転写開始点近傍においてprematureなポリ(A)付加を阻害する働きを持つと考えられる。
課題3：Pol IIのリン酸化サイクルの解明。山口は、DSIF CTRとリン酸化依存的に結合する因子を解析している。マウスES細胞でこの因子をノックアウトし、ES細胞の分化に及ぼす影響を解析した。また、川内は、転写伸長因子であり、またPol IIのユビキチンリガーゼでもあるエロンガンAについてin vivo機能を解析した。その結果、ストレス応答性の迅速な遺伝子発現にエロンガンAが重要であることが分かった（Kawauchi et al. JBC 2013)。
課題4：普遍的な転写伸長装置が細胞の運命決定に果たす役割の解明。田村は、転写因子IRF8による血球分化誘導系を用いて、IRF8による標的遺伝子転写活性化に伴うクロマチンルーピング、転写調節因子の結合、ヒストン修飾等の順序を明らかにした。その結果に基づきエンハンサー・プロモーター相互作用による転写サイクル制御の新たな仮説を構築した。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

交付申請書に記した4つの研究項目をおおむね消化することができた。ただし、課題1の改良型ChIP法の開発については、最適な系を求めた探索が続いている状態である。一方で、3'プロセシング経路の選択機構に関しては新たなブレークスルーが得られた。

今後の研究の推進方策

課題1：ダイナミクスを解析可能な新規実験系の開発。上述したように山口は、FKBP/FRB/ラパマイシンを用いた迅速誘導発現系を用いた改良型ChIP法の開発に引き続き取り組む。
課題2：転写サイクルのダイナミクス解析。山口は、Pol II 3'プロセシング経路の運命決定機構を引き続き解析する。異なる3’プロセシング経路間の選択機構はほぼ解明することができたので、次の課題として、より一般性の高いmRNA遺伝子で見られるポリ(A)付加のproximal-distal選択機構にを明らかにしたい。
課題3：Pol IIのリン酸化サイクルの解明。山口は、リン酸化依存的結合因子の分子機能について、PLA法やin situにおける相互作用因子解析法を用いて明らかにしていく。川内は、Pol IIリサイクリング因子FCP1の機能解析に引き続き取り組む。
課題4：普遍的な転写伸長装置が細胞の運命決定に果たす役割の解明。田村は、血球分化におけるクロマチン高次構造と転写サイクルとの関連とその生物学的意義について、FISH法やゲノム編集を用いて詳細に解析を進めることによって、H25年度に浮かび上がった仮説の検証を行なっていく。

研究成果

• [雑誌論文] Magnetically-promoted rapid immunoreactions using functionalized fluorescent magnetic beads (2014)
  • 著者名/発表者名: Sakamoto, S., Omagari, K., Kita, Y., Mochizuki, Y., Naito, Y., Kawata, S., Matsuda, S., Itano, O., Jinno, H., Takeuchi, H., Yamaguchi, Y., Kitagawa, Y., and Handa, H.
  • 雑誌名: Clin. Chem. 巻: 60 ページ: 610-620.
  • DOI: 10.1373/clinchem.2013.211433
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Vesnarinone suppresses TNFalpha mRNA expression by inhibiting valosin-containing protein (2013)
  • 著者名/発表者名: Hotta, K., Nashimoto, A., Yasumura, E., Suzuki, M., Azuma, M., Iizumi, Y., Shima, D., Nabeshima, R., Hiramoto, M., Okada, A., Sakata-Sogawa, K., Tokunaga, M., Ito, T., Ando, H., Sakamoto, S., Kabe, Y., Aizawa, S., Imai, T., Yamaguchi, Y., Watanabe, H., and Handa, H.
  • 雑誌名: Mol. Pharmacol. 巻: 83 ページ: 930-938
  • DOI: 10.1124/mol.112.081935
  • 査読あり
• [雑誌論文] Viral protein-coating of magnetic nanoparticles using simian virus 40 VP1 (2013)
  • 著者名/発表者名: Enomoto, T., Kawano, M., Fukuda, M., Sawada, W., Inoue, T., Haw, K.C., Kita, Y., Sakamoto, S., Yamaguchi, Y., Imai, T., Hatakeyama, M., Saito, S., Sandhu, A., Matsui, M., Aoki, I., and Handa, H.
  • 雑誌名: J. Biotechnol. 巻: 167 ページ: 8-15
  • DOI: 10.1016/j.jbiotec.2013.06.005
  • 査読あり
• [雑誌論文] Activation-induced cytidine deaminase auto-activates and triggers aberrant gene expression (2013)
  • 著者名/発表者名: Isobe, T., Song, S.-N. J., Tiwari, P., Ito, H., Yamaguchi, Y., and Yoshizaki, K.
  • 雑誌名: FEBS Letters 巻: 587 ページ: 2487-2492
  • DOI: 10.1016/j.febslet.2013.06.028
  • 査読あり
• [雑誌論文] Salicylic acid induces mitochondrial injury by inhibiting ferrochelatase heme biosynthesis activity (2013)
  • 著者名/発表者名: Gupta, V., Liu, S., Ando, H., Ishii, R., Tateno, S., Kaneko, Y., Yugami, M., Sakamoto, S., Yamaguchi, Y., Nureki, O., and Handa, H.
  • 雑誌名: Mol. Pharmacol. 巻: 84 ページ: 824-833
  • DOI: 10.1124/mol.113.087940
  • 査読あり
• [雑誌論文] The transcription factor IRF8 counteracts BCR-ABL to rescue dendritic cell development in chronic myeloid leukemia (2013)
  • 著者名/発表者名: Watanabe T., Hotta C., Koizumi S., Miyashita K., Nakabayashi J., Kurotaki K., Sato G., Yamamoto M., Nakazawa M., Fujita H., Sakai R., Fujisawa S., Nishiyama A., Ikezawa Z., Aihara M., Ishigatsubo Y., Tamura T.
  • 雑誌名: Cancer Research 巻: 73 ページ: 6642-6653
  • DOI: 10.1158/0008-5472.CAN-13-0802
  • 査読あり
• [雑誌論文] WHSC1 links transcription elongation to HIRA-mediated histone H3.3 deposition (2013)
  • 著者名/発表者名: Sarai N., Nimura K., Tamura T., Kanno T., Patel M.C., Heightman T.D., Ura K., Ozato K.
  • 雑誌名: EMBO Journal 巻: 32 ページ: 2392-2406
  • DOI: 10.1038/emboj.2013.176
  • 査読あり
• [雑誌論文] BRD4 coordinates recruitment of pause-release factor P-TEFb and the pausing complex NELF/DSIF to regulate transcription elongation of interferon stimulated genes (2013)
  • 著者名/発表者名: Patel M.C., Debrosse M., Smith M., Dey A., Huynh W., Sarai N., Heightman T.D., Tamura T., Ozato K.
  • 雑誌名: Molecular and Cellular Biology 巻: 33 ページ: 2497-2507
  • DOI: 10.1128/MCB.01180-12
  • 査読あり
• [雑誌論文] Egr-2 transcription factor is required for Blimp-1 mediated IL-10 production in IL-27 stimulated CD4(+) T cells (2013)
  • 著者名/発表者名: Iwasaki Y., Fujio K., Okamura T., Yanai A., Sumitomo S., Shoda H., Tamura T., Yoshida H., Charnay P., Yamamoto K.
  • 雑誌名: European Journal of Immunology 巻: 43 ページ: 1-11
  • DOI: 10.1002/eji.201242942
  • 査読あり
• [雑誌論文] Transcriptional properties of mammalian elongin A and its role in stress response (2013)
  • 著者名/発表者名: Kawauchi J, Inoue M, Fukuda M, Uchida Y, Yasukawa T, Conaway RC, Conaway JW, Aso T, Kitajima S
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: 288 ページ: 24302-20315
  • DOI: 10.1074/jbc.M113.496703
  • 査読あり
• [学会発表] 転写因子IRF8はCMLにおいてBCR-ABLによる樹状細胞分化不全を救済する (2014)
  • 著者名/発表者名: Tamura T
  • 学会等名: 造血器腫瘍研究会
  • 発表場所: がん研究会がん研究所吉田富三記念講堂（東京都）
  • 年月日: 20140207-20140207
  • 招待講演
• [学会発表] A dynamic and long-range chromatin control of Klf4 transcription by IRF8 in monocyte differentiation (2013)
  • 著者名/発表者名: Nishiyama A., Kurotaki D., Tamura T.
  • 学会等名: 第42回日本免疫学会学術集会
  • 発表場所: 幕張メッセ（千葉県）
  • 年月日: 20131213-20131213
• [学会発表] The transcription factor IRF8 is required for basophil development (2013)
  • 著者名/発表者名: Sasaki H., Kurotaki D., Osato N., Sasaki I., Kaneda C., Nishiyama A., Kaisho T., Morse H.C. III., Ozato K., Tamura T.
  • 学会等名: 第42回日本免疫学会学術集会
  • 発表場所: 幕張メッセ（千葉県）
  • 年月日: 20131211-20131211
• [学会発表] IRF8 Inhibits the Activity of C/EBPalpha to Restrain Monocyte-Dendritic Cell Progenitors from Differentiating into Neutrophils (2013)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto M., Kurotaki D., Nishiyama A., Uno K., Ichino M., Nakazawa M., Ozato K., Tamura T.
  • 学会等名: 第42回日本免疫学会学術集会
  • 発表場所: 幕張メッセ（千葉県）
  • 年月日: 20131211-20131211
• [学会発表] IRF8 restrains monocyte-dendritic cell progenitors from differentiating into neutrophils by inhibiting C/EBPalpha activity (2013)
  • 著者名/発表者名: Kurotaki D., Yamamoto M., Nishiyama A., Uno K., Sasaki H., Ozato K., Tamura T.
  • 学会等名: 55th American Society of Hematology Annual Meeting and Exposition
  • 発表場所: Ernest N. Morial Convention Center（米国ルイジアナ州）
  • 年月日: 20131208-20131208
• [学会発表] The transcription factor IRF8 is a key transcription factor for basophil development (2013)
  • 著者名/発表者名: Kurotaki D., Sasaki H., Osato N., Sasaki I., Kaneda C., Sato H., Nishiyama A., Kaisho T., Aburatani H., Morse H.C. 3rd., Ozato K., Tamura T.
  • 学会等名: 55th American Society of Hematology Annual Meeting and Exposition
  • 発表場所: Ernest N. Morial Convention Center（米国ルイジアナ州）
  • 年月日: 20131207-20131207
• [学会発表] 単球分化において転写因子IRF8がKlf4プロモーターと遠位エンハンサーの長距離間の相互活性化を誘導する (2013)
  • 著者名/発表者名: 西山 晃，黒滝大翼，田村智彦
  • 学会等名: 第36回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: 神戸国際会議場（兵庫県）
  • 年月日: 20131203-20131203
• [学会発表] IRF8 inhibits the activity of C/EBPalpha to restrain the neutrophil differentiation program in monocyte-dendritic cell progenitors (2013)
  • 著者名/発表者名: Kurotaki D., Yamamoto M., Nishiyama A., Uno K., Ichino M., Sasaki H., Ban T., Yoshinari M., Nakazawa M., Ozato K., Tamura T.
  • 学会等名: 第36回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: 神戸国際会議場（兵庫県）
  • 年月日: 20131203-20131203
• [学会発表] Pol II CTD 脱リン酸化酵素FCP1のDNA Damage Response における役割 (2013)
  • 著者名/発表者名: 福本 悟史，高屋 俊輔，小高 愛未，川内 潤也，北嶋 繁孝
  • 学会等名: 第36回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: 神戸ポートアイランド（兵庫県）
  • 年月日: 20131203-20131203
• [学会発表] p53非存在下でのATF3の機能 (2013)
  • 著者名/発表者名: 井上 允，藤沢 晃久，枝川 真，川内 潤也，関根 茂樹，北嶋 繁孝
  • 学会等名: 第36回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: 神戸ポートアイランド（兵庫県）
  • 年月日: 20131203-20131203
• [学会発表] IRF8 inhibits the activity of C/EBPs to restrain neutrophil development in monocyte-DC progenitors (2013)
  • 著者名/発表者名: Kurotaki D., Yamamoto M., Uno K., Nishiyama A., Nakabayashi J., Morse H.C. 3rd., Ozato K., Tamura T.
  • 学会等名: 第75回日本血液学会学術集会
  • 発表場所: ロイトン札幌（北海道）
  • 年月日: 20131012-20131012
• [学会発表] The diverse pharmacological effects of thalidomide (2013)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi, Y.
  • 学会等名: BioJapan 2013 World Business Forum
  • 発表場所: パシフィコ横浜（神奈川県）
  • 年月日: 20131009-20131011
• [学会発表] The transcription factor IRF8 overrides BCR-ABL to rescue dendritic cell development in chronic myeloid leukemia (2013)
  • 著者名/発表者名: Watanabe T., Hotta C., Koizumi S., Miyashita K., Nakabayashi J., Kurotaki D., Sato R. G., Yamamoto M., Nishiyama A., Aihara M., Ishigatsubo Y., Tamura T.
  • 学会等名: 2013 Inaugural Meeting of the International Cytokine and Interferon Society
  • 発表場所: Hyatt Regency San Francisco（米国カリフォルニア州）
  • 年月日: 20131002-20131002
• [学会発表] The IRF8-KLF4 transcription factor cascade is essential for the development of monocytes (2013)
  • 著者名/発表者名: Kurotaki D., Osato N., Nishiyama A., Yamamoto M., Ban T., Sato H., Nakabayashi J., Umehara M., Nakazawa M., Miyake N., Matsumoto N., Ozato K., Tamura T.
  • 学会等名: 2013 Inaugural Meeting of the International Cytokine and Interferon Society
  • 発表場所: Hyatt Regency San Francisco（米国カリフォルニア州）
  • 年月日: 20131002-20131002
• [学会発表] The transcription factor IRF8 is required for the development of basophils (2013)
  • 著者名/発表者名: Sasaki H., Kurotaki D., Sato H., Morse HC III., Ozato K., Tamura T.
  • 学会等名: 2013 Inaugural Meeting of the International Cytokine and Interferon Society
  • 発表場所: Hyatt Regency San Francisco（米国カリフォルニア州）
  • 年月日: 20131002-20131002
• [学会発表] A dynamic and long-range chromatin control of Klf4 transcription by IRF8 in monocyte differentiation (2013)
  • 著者名/発表者名: Nishiyama A, Kurotaki D, Tamura T
  • 学会等名: 12th Human Proteome Organization World Congress
  • 発表場所: パシフィコ横浜（神奈川県）
  • 年月日: 20130916-20130916
• [学会発表] M期での転写メモリーとストレス応答におけるBRD4の役割 (2013)
  • 著者名/発表者名: 西山 晃，田村智彦，Keiko Ozato
  • 学会等名: 第86回日本生化学会大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜（神奈川県）
  • 年月日: 20130913-20130913
• [学会発表] DSIF and NELF interact with Integrator and participate in 3’ processing of snRNA genes: A possible mechanism controlling the fate of Pol II (2013)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi, Y., Yamamoto, J., and Handa, H.
  • 学会等名: CSHL Meeting on Mechanisms of Eukaryotic Transcription
  • 発表場所: Cold Spring Harbor Laboratory（米国ニューヨーク州）
  • 年月日: 20130827-20130831
• [学会発表] 転写因子IRF8は単球-樹状細胞前駆細胞においてC/EBPαの機能を阻害し、好中球分化能の喪失をもたらす (2013)
  • 著者名/発表者名: 黒滝大翼，山本道雄，宇野和宏，西山 晃，中林 潤，中澤正年，Herbert C. Morse III，Keiko Ozato，田村智彦
  • 学会等名: 第24回日本生体防御学会学術総会
  • 発表場所: くまもと森都心プラザ（熊本県）
  • 年月日: 20130712-20130712
• [学会発表] The IRF8-KLF4 transcription factor cascade critically regulates the development of inflammatory monocytes (2013)
  • 著者名/発表者名: Kurotaki D., Osato N., Nishiyama A., Yamamoto M., Ban T., Sato H., Nakabayashi J., Umehara M., Nakazawa M., Miyake N., Matsumoto N., Ozato K., Tamura T.
  • 学会等名: The Joint International Meeting of the Japanese Society for Interferon and Cytokine Research and Macrophage Molecular and Cellular Biology 2013
  • 発表場所: 都市センターホテル（東京都）
  • 年月日: 20130520-20130520
• [学会発表] The transcription factor IRF8 is required for the development of basophils (2013)
  • 著者名/発表者名: Sasaki H., Kurotaki D., Sato H., Morse H.C. III, Ozato K., Tamura T.
  • 学会等名: The Joint International Meeting of the Japanese Society for Interferon and Cytokine Research and Macrophage Molecular and Cellular Biology 2013
  • 発表場所: 都市センターホテル（東京都）
  • 年月日: 20130520-20130520
• [備考] 新学術領域「転写サイクル」
  • URL: http://transcriptioncycle.org