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

2015 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: 東京工業大学
• 研究代表者: 木村 宏 東京工業大学, 生命理工学研究科, 教授 (30241392)
• 研究分担者: 山縣 一夫 近畿大学, 生物理工学部, 准教授 (10361312)
• 研究期間 (年度): 2013-06-28 – 2018-03-31
• キーワード: 遺伝子発現制御 / ゲノム / 発生・分化 / クロマチン / エピジェネティクス / バイオテクノロジー / 細胞・組織 / シグナル伝達

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」を行い、生細胞や生物個体におけるクロマチンので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H4K20モノメチル化（H4K20me1）特異的mintbody（modification-specific intracellular antibody）を用いた解析を中心に進めた。H4K20me1-mintbodyとmCherry融合PCNA（proliferating cell nuclear antigen；DNA複製蛋白質）を発現する雌マウス細胞を樹立し、H4K20me1が濃縮する不活性X染色体の複製タイミングを解析した。その結果、条件的ヘテロクロマチンである不活性X染色体は、S期のちょうど中間で複製を開始し、その2-3時間後に複製を終了することが明らかになった。不活性X染色体の複製後には、構成的ヘテロクロマチンが約2時間かけて複製してS期が終了した。また、核と細胞質のH4K20me1-mintbodyの蛍光強度を比較することで、細胞周期に依存したH4K20me1レベルの変化を追跡することも可能となり、H4K20me1レベルはM期にピークに達し、S期の中期まで徐々に低下したのち、G2期に急激に上昇する様子が計測できた。また、H4K20m1-mintbodyの構造解析と変異体解析を行い、細胞内で機能的発現に重要なアミノ酸を同定した。これらの結果は、H4K20me1のダイナミクスの生理的意義の解明にとって重要であるほか、新たなmintbodyの開発にとっても重要な成果といえる。
ヒストンバリアントの解析においては、精巣特異的なH3バリアントであるH3tのノックアウトマウスの解析を行い、H3tが生殖細胞の分化に必須な役割を果たすことを明らかにした。

現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

FabLEM法やmintbodyを用いた生細胞解析により、クロマチンダイナミクスと転写制御に関する多くの新規知見が得られている。

今後の研究の推進方策

これまでの研究体制を継続し、さらに発展させる。具体的には、培養細胞を用いた系で転写活性化や細胞分化に伴うクロマチンダイナミクスの詳細な解析を行う。また、動物個体を用いた系で発生や分化に伴うクロマチンダイナミクスを明らかにしていく。

研究成果

• [国際共同研究] Max‐Delbruck Centre for Mol. Med./Max Planck Institute-CBG(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: Max‐Delbruck Centre for Mol. Med./Max Planck Institute-CBG
• [国際共同研究] The Hospital for Sick Children/The University of Toronto/Unviersity of Montreal(カナダ)
  • 国名: カナダ
  • 外国機関名: The Hospital for Sick Children/The University of Toronto/Unviersity of Montreal
• [国際共同研究] Colorado State University(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: Colorado State University
• [国際共同研究] University of Birmingham/University of Edinbrough(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: University of Birmingham/University of Edinbrough
• [国際共同研究] University of Toulouse(フランス)
  • 国名: フランス
  • 外国機関名: University of Toulouse
• [雑誌論文] Structure and function of human histone H3.Y nucleosome. (2016)
  • 著者名/発表者名: Kujirai T, Horikoshi N, Sato K, Maehara K, Machida S, Osakabe A, Kimura H, Ohkawa Y, Kurumizaka H.
  • 雑誌名: Nucleic Acids Res 巻: 44 ページ: 6127-6141
  • DOI: 10.1093/nar/gkw202
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] In vivo tracking of histone H3 lysine 9 acetylation in Xenopus laevis during tail regeneration. (2016)
  • 著者名/発表者名: Suzuki M, Takagi C, Miura S, Sakane Y, Suzuki M, Sakuma T, Sakamoto N, Endo T, Kamei Y, Sato Y, Kimura H, Yamamoto T, Ueno N, Suzuki KT
  • 雑誌名: Genes Cells 巻: 21 ページ: 358-369
  • DOI: 10.1111/gtc.12349
  • 査読あり
• [雑誌論文] Histone H3K36 trimethylation is essential for multiple silencing mechanisms in fission yeast. (2016)
  • 著者名/発表者名: Suzuki S, Kato H, Suzuki Y, Chikashige Y, Hiraoka Y, Kimura H, Nagao K, Obuse C, Takahata S, Murakami Y
  • 雑誌名: Nucleic Acids Res 巻: 印刷中 ページ: -
  • DOI: 10.1093/nar/gkw008
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Histone H3.5 forms an unstable nucleosome and accumulates around transcription start sites in human testis. (2016)
  • 著者名/発表者名: Urahama T, Harada A, Maehara K, Horikoshi N, Sato K, Sato Y, Shiraishi K, Sugino N, Osakabe A, Tachiwana H, Kagawa W, Kimura H, Ohkawa Y, Kurumizaka H
  • 雑誌名: Epigenetics Chromatin 巻: 9 ページ: 2
  • DOI: 10.1186/s13072-016-0051-y
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Histone H4 lysine 20 acetylation is associated with gene repression in human cells. (2016)
  • 著者名/発表者名: Kaimori JY, Maehara K, Hayashi-Takanaka Y, Harada A, Fukuda M, Yamamoto S, Ichimaru N, Umehara T, Yokoyama S, Matsuda R, Ikura T, Nagao K, Obuse C, Nozaki N, Takahara S, Takao T, Ohkawa Y, Kimura H, Isaka Y
  • 雑誌名: Sci Rep 巻: 6 ページ: 24318
  • DOI: 10.1038/srep24318
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] ヌクレオーム解析時代の幕開け (2016)
  • 著者名/発表者名: 田代 聡、木村 宏
  • 雑誌名: 細胞工学 巻: 35 ページ: 66-69
• [雑誌論文] Chromatin-prebound Crm1 recruits Nup98-HoxA9 fusion to induce aberrant expression of Hox cluster genes. (2016)
  • 著者名/発表者名: Oka M, Mura S, Yamada K, Sangel P, Hirata S, Maehara K, Kawakami K, Tachibana T, Ohkawa Y, Kimura H, Yoneda Y
  • 雑誌名: eLIFE 巻: 5 ページ: e09540
  • DOI: 10.7554/eLife.09540
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Epigenetic engineering shows that a human centromere resists silencing mediated by H3K27me3/K9me3. (2016)
  • 著者名/発表者名: Martins NM, Bergmann JH, Shono N, Kimura H, Larionov V, Masumoto H, Earnshaw WC
  • 雑誌名: Mol Biol Cell 巻: 27 ページ: 177-196
  • DOI: 10.1091/mbc.E15-08-0605
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Behavior of Mouse Spermatozoa in the Female Reproductive Tract from Soon after Mating to the Beginning of Fertilization. (2016)
  • 著者名/発表者名: Muro Y, Hasuwa H, Isotani A, Miyata H, Yamagata K, Ikawa M, Yanagimachi R, Okabe M
  • 雑誌名: Biol Reprod 巻: 印刷中 ページ: -
  • DOI: 10.1095/biolreprod.115.135368
  • 査読あり
• [雑誌論文] Generation of Hprt-disrupted rat through mouse←rat ES chimeras. (2016)
  • 著者名/発表者名: Isotani A, Yamagata K, Okabe M, Ikawa M
  • 雑誌名: Sci Rep 巻: 6 ページ: 24215
  • DOI: 10.1038/srep24215
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Micronucleus formation causes perpetual unilateral chromosome inheritance in mouse embryos. (2016)
  • 著者名/発表者名: Vazquez-Diez C, Yamagata K, Trivedi S, Haverfield J, FitzHarris G
  • 雑誌名: Proc Natl Acad Sci U S A 巻: 113 ページ: 626-631
  • DOI: 10.1073/pnas.1517628112
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Methylation of RNA polymerase II non-consensus Lysine residues marks early transcription in mammalian cells. (2015)
  • 著者名/発表者名: Dias JD, Rito T, Torlai Triglia E, Kukalev A, Ferrai C, Chotalia M, Brookes E, Kimura H, Pombo A
  • 雑誌名: eLIFE 巻: 4 ページ: e11215
  • DOI: org/10.7554/eLife.11215
  • 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] CENP-C and CENP-I are key connecting factors for kinetochore and CENP-A assembly. (2015)
  • 著者名/発表者名: Shono N, Ohzeki J, Otake K, Martins NM, Nagase T, Kimura H, Larionov V, Earnshaw WC, Masumoto H
  • 雑誌名: J Cell Sci 巻: 128 ページ: 4572-4587
  • DOI: 10.1242/jcs.180786
  • 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] The histone chaperone DAXX maintains the structural organization of heterochromatin domains. (2015)
  • 著者名/発表者名: Rapkin LM, Ahmed K, Dulev S, Li R, Kimura H, Ishov AM, Bazett-Jones DP
  • 雑誌名: Epigenetics Chromatin 巻: 8 ページ: 44
  • DOI: 10.1186/s13072-015-0036-2
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Tissue-specific expression of histone H3 variants diversified after species separation. (2015)
  • 著者名/発表者名: Maehara K, Harada A, Sato Y, Matsumoto M, Nakayama KI, Kimura H, Ohkawa Y
  • 雑誌名: Epigenetics Chromatin 巻: 8 ページ: 35
  • DOI: 10.1186/s13072-015-0027-3
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Distribution of histone H4 modifications as revealed by a panel of specific monoclonal antibodies. (2015)
  • 著者名/発表者名: Hayashi-Takanaka Y, Maehara K, Harada A, Umehara T, Yokoyama S, Obuse C, Ohkawa Y, Nozaki N, Kimura H
  • 雑誌名: Chromosome Res 巻: 23 ページ: 753-766
  • DOI: 10.1007/s10577-015-9486-4
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Genomewide identification of target genes of histone methyltransferase dG9a during Drosophila embryogenesis. (2015)
  • 著者名/発表者名: Shimaji K, Konishi T, Tanaka S, Yoshida H, Kato Y, Ohkawa Y, Sato T, Suyama M, Kimura H, Yamaguchi M
  • 雑誌名: Genes Cells 巻: 20 ページ: 902-914
  • DOI: 10.1111/gtc.12281
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Nucleosome compaction facilitates HP1γ binding to methylated H3K9. (2015)
  • 著者名/発表者名: Mishima Y, Jayasinghe CD, Lu K, Otani J, Shirakawa M, Kawakami T, Kimura H, Hojo H, Carlton P, Tajima S, Suetake I
  • 雑誌名: Nucleic Acids Res 巻: 43 ページ: 10200-10212
  • DOI: 10.1093/nar/gkv841
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Histone H4 acetylation required for chromatin decompaction during DNA replication. (2015)
  • 著者名/発表者名: Ruan K, Yamamoto TG, Asakawa H, Chikashige Y, Kimura H, Masukata H, Haraguchi T, Hiraoka Y
  • 雑誌名: Sci Rep 巻: 5 ページ: 12720
  • DOI: 10.1038/srep12720
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Highly condensed chromatins are formed adjacent to subtelomeric and decondensed silent chromatin in fission yeast. (2015)
  • 著者名/発表者名: Matsuda A, Chikashige Y, Ding DQ, Ohtsuki C, Mori C, Asakawa H, Kimura H, Haraguchi T, Hiraoka Y
  • 雑誌名: Nat Commun 巻: 6 ページ: 7753
  • DOI: 10.1038/ncomms8753
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] STAT5 Orchestrates Local Epigenetic Changes for Chromatin Accessibility and Rearrangements by Direct Binding to the TCRγ Locus. (2015)
  • 著者名/発表者名: Wagatsuma K, Tani-ichi S, Liang B, Shitara S, Ishihara K, Abe M, Miyachi H, Kitano S, Hara T, Nanno M, Ishikawa H, Sakimura K, Nakao M, Kimura H, Ikuta K
  • 雑誌名: J Immunol 巻: 195 ページ: 1804-1814
  • DOI: 10.4049/jimmunol.1302456
  • 査読あり
• [雑誌論文] Visualizing posttranslational and epigenetic modifications of endogenous proteins in vivo. (2015)
  • 著者名/発表者名: Kimura H, Hayashi-Takanaka Y, Stasevich TJ, Sato Y
  • 雑誌名: Histochem Cell Biol 巻: 144 ページ: 101-109
  • DOI: 10.1007/s00418-015-1344-0
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Early development of cloned bovine embryos produced from oocytes enucleated by fluorescence metaphase II imaging using a conventional halogen-lamp microscope. (2015)
  • 著者名/発表者名: Iwamoto D, Yamagata K, Kishi M, Hayashi-Takanaka Y, Kimura H, Wakayama T, Saeki K
  • 雑誌名: Cell Reprogram 巻: 17 ページ: 106-114
  • DOI: 10.1089/cell.2014.0086
  • 査読あり
• [雑誌論文] 転写 (2015)
  • 著者名/発表者名: 木村 宏
  • 雑誌名: 生体の科学 巻: 6 ページ: 468-469
• [学会発表] 転写とクロマチン修飾の生細胞ダイナミクス (2016)
  • 著者名/発表者名: 木村 宏
  • 学会等名: ATRXシンポジウム
  • 発表場所: 京都国際会議場
  • 年月日: 2016-04-01
  • 招待講演
• [学会発表] 初期胚ライブセルイメージングを始めるには～タイムラプスを用いた知見を含めて～ (2016)
  • 著者名/発表者名: 山縣一夫
  • 学会等名: 第１１回日本生殖再生医学会学術集会
  • 発表場所: シェーンバッハ・サボー（東京都千代田区）
  • 年月日: 2016-03-06
  • 招待講演
• [学会発表] 転写誘導におけるヒストンアセチル化の役割 (2015)
  • 著者名/発表者名: 木村 宏
  • 学会等名: BMB2015
  • 発表場所: 神戸ポートアイランド
  • 年月日: 2015-12-04
  • 招待講演
• [学会発表] Mouse testis specific histone H3 variant, H3t is essential for spermatogenesis (2015)
  • 著者名/発表者名: 山縣一夫
  • 学会等名: BMB2015
  • 発表場所: 神戸ポートアイランド
  • 年月日: 2015-12-04
  • 招待講演
• [学会発表] 初期胚ライブセルイメージングを始めよう (2015)
  • 著者名/発表者名: 山縣一夫
  • 学会等名: 東京ビックサイト
  • 発表場所: 東京ビックサイト
  • 年月日: 2015-11-26
  • 招待講演
• [学会発表] Live-cell imaging of chromatin and DNA-methylation dynamics using MethylRO mouse (2015)
  • 著者名/発表者名: Kazuo Yamagata
  • 学会等名: 6th Hiroshima Conference on Education and Science in Dentistry
  • 発表場所: 広島国際会議場
  • 年月日: 2015-10-24
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] クロマチン修飾と転写活性化のin vivoダイナミクス (2015)
  • 著者名/発表者名: 木村 宏
  • 学会等名: 第53回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 金沢大学 角間キャンパス
  • 年月日: 2015-09-13
  • 招待講演
• [学会発表] ライブセルイメージングを用いた着床前初期胚の質の評価 (2015)
  • 著者名/発表者名: 山縣一夫
  • 学会等名: 関西実験動物研究会第１２７回研究会
  • 発表場所: 大阪大学銀杏会館
  • 年月日: 2015-09-12
  • 招待講演
• [学会発表] Kinetics of Histone and RNA polymerase II Modifications during Transcriptional Activation (2015)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Kimura
  • 学会等名: International Symposium on Chromatin Structure, Dyanamics, and Function
  • 発表場所: 淡路夢舞台
  • 年月日: 2015-08-24
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Tracking posttranslational and epigenetic modifications of endogenous proteins in vivo (2015)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Kimura
  • 学会等名: 24th Wilhelm Bernhard Workshop on the Cell Nucleus/57th Symposium of the Society for Histochemistry
  • 発表場所: Schloss Wilhelminenberg, Vienna, Austria
  • 年月日: 2015-08-20
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 生細胞・生体内のヒストン修飾イメージング (2015)
  • 著者名/発表者名: 木村 宏
  • 学会等名: 第67回日本細胞生物学会大会
  • 発表場所: タワーホール船堀（東京都江戸川区）
  • 年月日: 2015-07-02
  • 招待講演
• [学会発表] エピゲノム修飾の生細胞・生体内ダイナミクス (2015)
  • 著者名/発表者名: 木村 宏
  • 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
  • 年月日: 2015-05-25
  • 招待講演
• [図書] 新・生細胞蛍光イメージング (2015)
  • 著者名/発表者名: 原口徳子、木村 宏、平岡 泰
  • 総ページ数: 340
  • 出版者: 共立出版
• [図書] DNA Replication, Recombination, and Repair Molecular Mechanisms and Pathology (Eds F. Hanaoka, K. Sugasawa) (2015)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Kimura, Yuko Sato
  • 総ページ数: 555
  • 出版者: Springer
• [備考] 東京工業大学 木村宏研究室
  • URL: http://kimura-lab.bio.titech.ac.jp/
• [備考] 東京工業大学 科学技術創成研究院 細胞制御工学ユニット
  • URL: http://cell-biology.jimdo.com/
• [備考] 東京工業大学 リサーチリポジトリ 木村宏
  • URL: http://t2r2.star.titech.ac.jp/cgi-bin/researcherinfo.cgi?q_researcher_content_number=CTT100673940