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

2016 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, 科学技術創成研究院, 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: 発現制御 / 発生・分化 / ゲノム / 細胞・組織 / バイオテクノロジー / エピジェネティクス制御

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おり、本年度は、以下の研究成果を得た。
１．熱ショックストレスに応答した内在性転写単位の活性化メカニズムの解明のために、mCherryやHaloTag融合型の熱ショック転写因子（heat shock factor 1; HSF1)を発現する細胞を樹立し、FabLEM解析により、熱ショックに応答したヒストンとRNAポリメラーゼIIの翻訳後修飾の動態を解析した。また、dCas9-EGFPと特異的なsgRNAを用いて、サテライトIII領域の生細胞可視化系を開発した。
２．H4K20me1-mintbody (mCherry version）を発現するマウスを用いて、初期胚における局在解析を試みた。生細胞ではmCherryのシグナルが検出できたものの、固定した胚の切片ではmCherryのシグナルの検出は困難であった。そこで、固定したサンプルで調製法を検討中である。
３．マウスH3mmTバリアントの機能解析を進め、精子形成過程での発現時期について明らかにした。
４．ゼブラフィッシュ受精卵に蛍光標識Fabを導入し、胚性ゲノム活性化のタイミングの解析を行った。胚性ゲノム活性化は、RNAポリメラーゼIIのリン酸化を指標に同定することが可能となったため、そのタイミングで変動するヒストン修飾を探索した。
５．マウス受精卵にDNAビーズを導入し、クロマチンや細胞核の形成を評価する系を確立中である。

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。また、マウス初期胚におけるクロマチン再構成系も期待が持てる結果がでている。

今後の研究の推進方策

これまでの研究体制を継続し、培養細胞系、ゼブラフィッシュ胚、マウス胚を用いた計測系、再構成系を駆使して、クロマチンダイナミクスの理解につなげていく。

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] University of Colorado, Aurora/Colorado State University(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: University of Colorado, Aurora/Colorado State University
• [国際共同研究] University of Edinburgh/University of Cambridge(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: University of Edinburgh/University of Cambridge
• [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] Crystal Structure and Characterization of Novel Human Histone H3 Variants, H3.6, H3.7, and H3.8 (2017)
  • 著者名/発表者名: Taguchi H, Xie Y, Horikoshi N, Maehara K, Harada A, Nogami J, Sato K, Arimura Y, Osakabe A, Kujirai T, Iwasaki T, Semba Y, Tachibana T, Kimura H, Ohkawa Y, Kurumizaka H.
  • 雑誌名: Biochemistry 巻: 56 ページ: 2184-2196
  • DOI: 10.1021/acs.biochem.6b01098.
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 3. Global histone modification fingerprinting in human cells using epigenetic reverse phase protein array (2017)
  • 著者名/発表者名: Partolina M, Thoms HC, MacLeod KG, Rodriguez-Blanco G, Clarke MN, Venkatasubramani AV, Beesoo R, Larionov V, Neergheen-Bhujun VS, Serrels B, Kimura H, Carragher NO, Kagansky A.
  • 雑誌名: Cell Death Discov 巻: 3 ページ: 16077
  • DOI: 10.1038/cddiscovery.2016.77.
  • 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] Xeroderma pigmentosum group C protein interacts with histones: regulation by acetylated states of histone H3 (2017)
  • 著者名/発表者名: Kakumu E, Nakanishi S, Shiratori HM, Kato A, Kobayashi W, Machida S, Yasuda T, Adachi N, Saito N, Ikura T, Kurumizaka H, Kimura H, Yokoi M, Sakai W, Sugasawa K.
  • 雑誌名: Genes Cells 巻: 22 ページ: 310-327
  • DOI: 10.1111/gtc.12479
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Reduction in chromosome mobility accompanies nuclear organization during early embryogenesis in Caenorhabditis elegans (2017)
  • 著者名/発表者名: Arai R, Sugawara T, Sato Y, Minakuchi Y, Toyoda A, Nabeshima K, Kimura H, Kimura A.
  • 雑誌名: Sci Rep 巻: 印刷中 ページ: 印刷中
  • DOI: not determined
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Testis-Specific Histone Variant H3t Gene Is Essential for Entry into Spermatogenesis (2017)
  • 著者名/発表者名: Ueda J, Harada A, Urahama T, Machida S, Maehara K, Hada M, Makino Y, Nogami J, Horikoshi N, Osakabe A, Taguchi H, Tanaka H, Tachiwana H, Yao T, Yamada M, Iwamoto T, Isotani A, Ikawa M, Tachibana T, Okada Y, Kimura H, Ohkawa Y, Kurumizaka H, Yamagata K.
  • 雑誌名: Cell Rep 巻: 18 ページ: 593-600
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2016.12.065.
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] A Genetically Encoded Probe for Live-Cell Imaging of H4K20 Monomethylation (2016)
  • 著者名/発表者名: Sato Y, Kujirai T, Arai R, Asakawa H, Ohtsuki C, Horikoshi N, Yamagata K, Ueda J, Nagase T, Haraguchi T, Hiraoka Y, Kimura A, Kurumizaka H, Kimura H.
  • 雑誌名: J Mol Biol 巻: 428 ページ: 3885-3902
  • DOI: 10.1016/j.jmb.2016.08.010.
  • 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] 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
• [学会発表] Tracking chromatin modification dynamics during gene activation in vivo (2017)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Kimura
  • 学会等名: Swiss-Japan Symposium “Chromatin Structure and Dynamics”
  • 発表場所: Basel, Switzerland
  • 年月日: 2017-01-20 – 2017-01-20
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Visualizing the dynamics of histone H4K20 methylation in living cells (2016)
  • 著者名/発表者名: Yuko Sato and Hiroshi Kimura
  • 学会等名: 3R Meeting
  • 発表場所: 松江市
  • 年月日: 2016-11-13 – 2016-11-17
  • 国際学会
• [学会発表] Histone modification dynamics in living cells (2016)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Kimura
  • 学会等名: Colorado Chromatin Meeting 2016
  • 発表場所: Fort Collins, Colorado, USA
  • 年月日: 2016-08-08 – 2016-08-08
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Tracking post-translational modifications in living cells (2016)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Kimura
  • 学会等名: UK-Japan Symposium “From single molecules to cells and tissues”
  • 発表場所: Leicester, UK
  • 年月日: 2016-07-04 – 2016-07-05
  • 国際学会 / 招待講演
• [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 科学技術創成研究院 細胞制御工学研究センター
  • URL: https://cell-biology.jimdo.com/
• [備考] 東京工業大学 リサーチデポジトリ 木村 宏
  • URL: http://t2r2.star.titech.ac.jp/cgi-bin/researcherinfo.cgi?q_researcher_content_number=CTT100673940
• [備考] 新学術領域「クロマチン動構造」
  • URL: http://nucleosome.kyushu-u.ac.jp/
• [産業財産権] ＤＮＡ結合タンパク質の結合領域の近傍に所望のＤＮＡ断片を挿入する方法 (2016)
  • 発明者名: 大川恭行、原田、哲仁、胡桃坂仁志、木村宏、等
  • 権利者名: 国立大学法人九州大学、国立大学法人東京工業大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 特願2016-167967
  • 出願年月日: 2016-08-30