計測と再構築による生細胞内クロマチンダイナミクスの高次元的理解

2013 年度 実績報告書

• 研究領域: 動的クロマチン構造と機能
• 研究課題/領域番号: 25116005
• 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)
• 研究分担者: 山縣 一夫 大阪大学, 微生物病研究所, 准教授 (10361312)
• 研究期間 (年度): 2013-06-28 – 2018-03-31
• キーワード: 発生・分化 / ゲノム / 細胞・組織 / バイオテクノロジー / シグナル伝達 / 遺伝子発現制御 / クロマチン / エピジェネティクス

研究実績の概要

本研究は、クロマチン動態の正確な「計測」と再構成ポリヌクレオソームを用いた「再構築」により、生細胞や生物個体におけるクロマチンの動的変化とその機能発現における意義を明らかにすることを目的として行っている。本年度は、ヒストン翻訳後修飾とDNAメチル化の生体計測系の開発を主に行った。
ヒストン修飾に関しては、H4K20モノメチル化の可視化プローブ（H4K20me1-mintbody）を発現するノックインマウスに加えて、H3K9アセチル化の可視化プローブ（H3K9ac-mintbody）を発現するマウスを作成した。また、FabLEM（Fab-based live endogenous modification labeling）法に用いる蛍光標識Fabの作成の最適化のために、生細胞内で使用可能な蛍光色素の探索を行った。
マウス生体内のDNAメチル化動態の解析に関しては、メチル化DNAを認識するMBD1（Methyl-CpG Binding Domain protein 1）蛋白質のMBDドメインにmCherryを融合したプローブを全身で発現するマウス（MethylROと命名）を作製した。このマウスの着床前初期胚発生過程及びES細胞の樹立過程の長期間にわたって生細胞イメージングを行うことで、細胞分化が進行するに伴って特にセントロメア領域のDNAメチル化が上昇し、かつヘテロクロマチン構造が形成されていく様子を捉えることに成功した。また、MethylROマウスを用いて、イメージングのみならずmCherry抗体を用いたChIP-seqによりマウス個体での任意の組織におけるDNAメチル化領域も明らかにできることを示した

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

ヒストン修飾とDNAメチル化の可視化プローブを発現するマウスを作成し、特にDNAメチル化の動態解析が進んだ。また、培養細胞系においてもFabLEM法をさらに最適化した。

今後の研究の推進方策

今後も予定通り研究を進める。マウスの解析は時間がかかるため、長期的な視点で研究を進める一方で、培養細胞系に関しては、詳細なキネティクスの解析を行う。

研究成果

• [雑誌論文] NEAT1 long noncoding RNA regulates transcription via protein sequestration within (2014)
  • 著者名/発表者名: Hirose T, Virnicchi G, Tanigawa A, Naganuma T, Li R, Kimura H, Yokoi T, Nakagawa S, Bénard M, Fox AH, Pierron G.
  • 雑誌名: Mol Biol Cell. 巻: 25 ページ: 169-183
  • DOI: 10.1091/mbc.E13-09-0558.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural basis of a nucleosome containing histone H2A.B/H2A.Bbd that transiently associates with reorganized chromatin. (2013)
  • 著者名/発表者名: Arimura Y, Kimura H, Oda T, Sato K, Osakabe A, Tachiwana H, Sato Y, Kinugasa Y, Ikura T, Sugiyama M, Sato M, Kurumizaka H.Arimura Y
  • 雑誌名: Sci Rep 巻: 3 ページ: 3510
  • DOI: 10.1038/srep03510
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Structural polymorphism in the L1 loop regions of human H2A.Z.1 and H2A.Z.2. (2013)
  • 著者名/発表者名: Horikoshi N, Sato K, Shimada K, Arimura Y, Osakabe A, Tachiwana H, Hayashi-Takanaka Y, Iwasaki W, Kagawa W, Harata M, Kimura H, Kurumizaka H.
  • 雑誌名: Acta Crystallogr D Biol Crystallogr. 巻: 69 ページ: 2431-2439
  • DOI: 10.1107/S090744491302252X
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Myelodysplastic syndromes are induced by histone methylation–altering ASXL1 mutations (2013)
  • 著者名/発表者名: Inoue D, Kitaura J, Togami K, Nishimura K, Enomoto Y, Uchida T, Kagiyama Y, Kawabata KC, Nakahara F, Izawa K, Oki T, Maehara A, Isobe M, Tsuchiya A, Harada Y, Harada H, Ochiya T, Aburatani H, Kimura H, Thol F, Heuser M, Levine RL, Abdel-Wahab O, Kitamura T.
  • 雑誌名: J Clin Invest 巻: 123 ページ: 4627-4640
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Latrunculin A treatment prevents abnormal chromosome segregation for successful development of cloned embryos. (2013)
  • 著者名/発表者名: Terashita Y, Yamagata K, Tokoro M, Itoi F, Wakayama S, Li C, Sato E, Tanemura K, Wakayama T.
  • 雑誌名: PLoS One 巻: 8 ページ: e78380
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0078380.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] JMJD1C, a JmjC domain-containing protein, is required for long-term maintenance of male germ cells in mice. (2013)
  • 著者名/発表者名: Kuroki S, Akiyoshi M, Tokura M, Miyachi H, Nakai Y, Kimura H, Shinkai Y, Tachibana M.
  • 雑誌名: Biol Reprod 巻: 89 ページ: 93
  • DOI: 10.1095/biolreprod.113.108597.
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Epigenetics of eu- and heterochromatin in inverted and conventional nuclei from mouse retina. (2013)
  • 著者名/発表者名: Eberhart A, Feodorova Y, Song C, Wanner G, Kiseleva E, Furukawa T, Kimura H, Schotta G, Leonhardt H, Joffe B, Solovei I.
  • 雑誌名: Chromosome Res 巻: 21 ページ: 535-554
  • DOI: 10.1007/s10577-013-9375-7.
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Enhanced chromatin dynamics by FACT promotes transcriptional restart after UV-induced DNA damage. (2013)
  • 著者名/発表者名: Dinant C, Ampatziadis-Michailidis G, Lans H, Tresini M, Lagarou A, Grosbart M, Theil AF, van Cappellen WA, Kimura H, Bartek J, Fousteri M, Houtsmuller AB, Vermeulen W, Marteijn JA.
  • 雑誌名: Mol Cell 巻: 51 ページ: 469-479
  • DOI: 10.1016/j.molcel.2013.08.007.
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Redistribution of the Lamin B1 genomic binding profile affects rearrangement of heterochromatic domains and SAHF formation during senescence. (2013)
  • 著者名/発表者名: Sadaie M, Salama R, Carroll T, Tomimatsu K, Chandra T, Young AR, Narita M, Pérez-Mancera PA, Bennett DC, Chong H, Kimura H, Narita M.
  • 雑誌名: Genes Dev 巻: 27 ページ: 1800-1808
  • DOI: 1101/gad.217281.113.
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] In aggressive variants of non-Hodgkin lymphomas, Ezh2 is strongly expressed and polycomb repressive complex PRC1.4 dominates over PRC1.2. (2013)
  • 著者名/発表者名: Abd Al Kader L, Oka T, Takata K, Sun X, Sato H, Murakami I, Toji T, Manabe A,
  • 雑誌名: Virchows Arch 巻: 463 ページ: 697-711
  • DOI: 10.1007/s00428-013-1428-y.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Genetically encoded system to track histone modification in vivo. (2013)
  • 著者名/発表者名: Sato Y, Mukai M, Ueda J, Muraki M, Stasevich TJ, Horikoshi N, Kujirai T, Kita H, Kimura T, Hira S, Okada Y, Hayashi-Takanaka Y, Obuse C, Kurumizaka H, Kawahara A, Yamagata K, Nozaki N, Kimura H.
  • 雑誌名: Sci Rep 巻: 3 ページ: 2436
  • DOI: 10.1038/srep02436.
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] ライブセルイメージングで「卵子の質」を評価する (2014)
  • 著者名/発表者名: 山縣一夫
  • 学会等名: 日本受精着床学会 第10回ART生涯研修コース
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2014-03-02
  • 招待講演
• [学会発表] 生細胞におけるヒストンH3アセチル化による転写活性化の二段階制御 (2013)
  • 著者名/発表者名: 木村 宏
  • 学会等名: 第36回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: 神戸
  • 年月日: 2013-12-03 – 2013-12-06
  • 招待講演
• [学会発表] 初期胚の「質」を定量化することで不妊を知る (2013)
  • 著者名/発表者名: 山縣一夫
  • 学会等名: 日本動物学会 第84回 岡山大会
  • 発表場所: 岡山
  • 年月日: 2013-09-26 – 2013-09-28
  • 招待講演
• [学会発表] 生細胞解析により明らかとなったヒストン修飾による転写活性化の二段階制御 (2013)
  • 著者名/発表者名: 木村 宏
  • 学会等名: 日本遺伝学会第85回大会
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2013-09-19 – 2013-09-21
  • 招待講演
• [学会発表] Imaging global epigenetic dynamics during mouse pre-implantation development (2013)
  • 著者名/発表者名: 山縣一夫
  • 学会等名: 日本遺伝学会 第85回大会
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2013-09-19 – 2013-09-20
  • 招待講演
• [学会発表] ストレス応答とクロマチン修飾動態の生細胞解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 木村 宏
  • 学会等名: 第86回生化学会大会
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2013-09-11 – 2013-09-13
  • 招待講演
• [学会発表] 働き者と怠け者をどう見分けるか？ (2013)
  • 著者名/発表者名: 木村 宏
  • 学会等名: 2013年イメージング若手の会
  • 発表場所: 千葉県野田市
  • 年月日: 2013-09-07 – 2013-09-08
• [学会発表] Bimodal regulation of RNA polymerase II transcription kinetics by histone acetylation in single living cells (2013)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Kimura and Timothy J. Stasevich
  • 学会等名: 23th Wilhelm Bernhard Workshop on the cell nucleus
  • 発表場所: Debrecen, Hungary
  • 年月日: 2013-08-19 – 2013-08-23
  • 招待講演
• [学会発表] ライブセルイメージングで「卵子の質」を評価する (2013)
  • 著者名/発表者名: 山縣一夫
  • 学会等名: 第31回日本受精着床学会総会・学術講演会
  • 発表場所: 別府
  • 年月日: 2013-08-08 – 2013-08-09
  • 招待講演
• [学会発表] Abnormal Chromosome Segregation at Early Cleavage is a Major Cause of the Full-term Developmental Failure of Mouse Clones (2013)
  • 著者名/発表者名: 山縣一夫
  • 学会等名: The 61st NIBB Conference "Cellular Community in Mammalian Embryogenesis"細胞コミュニティ国際会議
  • 発表場所: 岡崎
  • 年月日: 2013-07-10 – 2013-07-12
• [図書] エピジェネティクス―基礎研究から産業応用への展望―（畑田出穂、久保田健夫／編） (2014)
  • 著者名/発表者名: 佐藤優子、木村宏
  • 総ページ数: 393
  • 出版者: シーエムシー出版
• [図書] 遺伝子医学MOOK「エピジェネティクスと病気」（佐々木裕之／監、中尾光善・中島欣一／編） (2013)
  • 著者名/発表者名: 木村 宏、佐藤優子
  • 総ページ数: 280
  • 出版者: メディカル・ドゥ
• [図書] エピジェネティクスキーワード事典（牛島俊和・眞貝洋一／編） (2013)
  • 著者名/発表者名: 木村 宏
  • 総ページ数: 315
  • 出版者: 羊土社
• [図書] 染色体と細胞核のダイナミクス（平岡 泰・原口徳子／編） (2013)
  • 著者名/発表者名: 木村 宏、胡桃坂仁志
  • 総ページ数: 224
  • 出版者: 化学同人
• [備考] 東京工業大学 木村研究室
  • URL: http://kimura-lab.bio.titech.ac.jp/
• [備考] 東京工業大学 生命理工学研究科 木村宏研究室
  • URL: http://www.bio.titech.ac.jp/laboratory/kimura-kajikawa/kimura/index.html