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

2017 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: クロマチン / ヒストン修飾 / 遺伝子制御 / 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「計測」と「再構築」を行い、生きた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た。本年度は、以下の成果を得た。（１）細胞核の再構築：マウス受精卵の細胞質にDNAビーズを導入すると、クロマチンアセンブリと部分的な核膜形成が起こることが昨年度の研究でわかっていたが、核膜形成の効率は細胞質のビーズの場所に影響を受けることが示唆された。また、クロマチンビーズの作製条件についても検討した。（２）ゼブラフィッシュの発生過程におけるヒストン修飾動態の解析：ヒストン修飾とRNAポリメラーゼII修飾の動態解析をFabLEM法により行った。主要なゲノム活性化（major zygotic genome activation）の前に起こるminor zygotic genome activationの時期においても、ヒストンH3のアセチル化がRNAポリメラーゼIIの集積に先立って起こることや、アセチルが分裂期染色体上にも残ることが確認できた。これらの知見から、迅速な転写活性化にヒストンH3のアセチル化が働くことが示唆された。（３）マウス胚におけるヒストン修飾動態の解析：ヒストン修飾とRNAポリメラーゼIIに対する特異的抗体を用いたマウス胚の多重免疫染色法を確立した。アセチル化H4K5、モノメチル化H4K20、リン酸化H3S10抗体を組み合わせることで、細胞周期の時期を特定することが可能となった。また、初期胚の多くの細胞では、トリメチル化ヒストンH3K27とモノメチル化ヒストンH4K20が不活性X染色体上に濃縮されることが確認された。今後、モノメチル化H4K20特異的細胞内可変領域抗体を発現するマウス胚を用いて、不活性X染色体の形成機構を捉えることが可能であると考えられた。

現在までの達成度 (段落)

29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

29年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] ケンブリッジ大学/エジンバラ大学/オックスフォード大学(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: ケンブリッジ大学/エジンバラ大学/オックスフォード大学
• [国際共同研究] マックスプランク研究所/マックスデルブリュックセンター/ヘルムホルツセンター(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: マックスプランク研究所/マックスデルブリュックセンター/ヘルムホルツセンター
• [国際共同研究] キュリー研究所/ツールーズ大学(フランス)
  • 国名: フランス
  • 外国機関名: キュリー研究所/ツールーズ大学
• [国際共同研究] ロックフェラー大学/コロラド州立大学(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: ロックフェラー大学/コロラド州立大学
• [雑誌論文] NOTCH-mediated non-cell autonomous regulation of chromatin structure during senescence (2018)
  • 著者名/発表者名: Parry AJ, Hoare M, Bihary D, Hansel-Hertsch R, Smith S, Tomimatsu K, Mannion E, Smith A, D'Santos P, Russel IA, Balasubramanian S, Kimura H, Samarajiwa SA, Narita M.
  • 雑誌名: Nat Commun 巻: 9 ページ: 1840
  • DOI: 10.1038/s41467-018-04283-9
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] HP1α targets the chromosomal passenger complex for activation at heterochromatin before mitotic entry. (2018)
  • 著者名/発表者名: Ruppert JG, Samejima K, Platani M, Molina O, Kimura H, Jeyaprakash AA, Ohta S, Earnshaw WC.
  • 雑誌名: EMBO J 巻: 37 ページ: e97677
  • DOI: 10.15252/embj.201797677
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Histone H3.3 sub-variant H3mm7 is required for normal skeletal muscle regeneration. (2018)
  • 著者名/発表者名: Harada A, Maehara K, Ono Y, Taguchi H, Yoshioka K, Kitajima Y, Xie Y, Sato Y, Iwasaki T, Nogami J, Okada S, Komatsu T, Semba Y, Takemoto T, Kimura H, Kurumizaka H, Ohkawa Y.
  • 雑誌名: Nat Commun 巻: 9 ページ: 1400
  • DOI: 10.1038/s41467-018-03845-1
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] HELLS and CDCA7 comprise a bipartite nucleosome remodeling complex defective in ICF syndrome. (2018)
  • 著者名/発表者名: Jenness C, Giunta S, Muller MM, Kimura H, Muir TW, Funabiki H.
  • 雑誌名: Proc Natl Acad Sci USA 巻: 115 ページ: E876-E885
  • DOI: 10.1073/pnas.1717509115
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] H3S10ph broadly marks early-replicating domains in interphase ESCs and shows reciprocal antagonism with H3K9me2. (2018)
  • 著者名/発表者名: Chen CCL, Goyal P, Karimi MM, Abildgaard MH, Kimura H, Lorincz MC.
  • 雑誌名: Genome Res 巻: 28 ページ: 37-51
  • DOI: 10.1101/gr.224717.117
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Nucleosome stability measured in situ by automated quantitative imaging (2017)
  • 著者名/発表者名: Imre L, Simandi Z, Horvath A, Fenyofalvi G, Nanasi P, Niaki EF, Hegedus E, Bacso Z, Weyemi U, Mauser R, Ausio J, Jeltsch A, Bonner W, Nagy L, Kimura H, Szabo G.
  • 雑誌名: Sci Rep 巻: 7 ページ: 12743
  • DOI: 10.1038/s41598-017-12608-9
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Impact of nucleic acid and methylated H3K9 binding activities of Suv39h1 on its heterochromatin assembly (2017)
  • 著者名/発表者名: Shirai A, Kawaguchi T, Shimojo H, Muramatsu D, Ishida-Yonetani M, Nishimura Y, Kimura H, Nakayama JI, Shinkai Y.
  • 雑誌名: Elife 巻: 6 ページ: e25317
  • DOI: 10.7554/eLife.25317
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Inhibition of RIF1 by SCAI Allows BRCA1-Mediated Repair (2017)
  • 著者名/発表者名: Isobe SY, Nagao K, Nozaki N, Kimura H, Obuse C.
  • 雑誌名: Cell Rep 巻: 20 ページ: 297-307
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2017.06.056
  • 査読あり / オープンアクセス
• [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: 7 ページ: 3631
  • DOI: 10.1038/s41598-017-03483-5
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [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
• [雑誌論文] Semi-quantitative Analysis of H4K20mel Levels in Living Cells Using Mintbody (2017)
  • 著者名/発表者名: Sato Y, Kimura H
  • 雑誌名: Bio-protocol 巻: 7 ページ: e2276
  • DOI: 10.21769/BioProtoc.2276
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Targeted DNA methylation in pericentromeres with genome editing-based artificial DNA methyltransferase (2017)
  • 著者名/発表者名: Yamazaki T, Hatano Y, Handa T, Kato S, Hoida K, Yamamura R, Fukuyama T, Uematsu T, Kobayashi N, Kimura H, Yamagata K
  • 雑誌名: ProS One 巻: 12 ページ: e0177764
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0177764
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Chromatin modification dynamics during gene activation in living cells (2017)
  • 著者名/発表者名: 木村宏
  • 学会等名: 4D Nucleome : The Cell Nucleus in Space and Time
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Chromatin modification dynamics during gene activation in living cells (2017)
  • 著者名/発表者名: 木村宏
  • 学会等名: 10th Berlin Summer Meeting
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Chromatin modification dynamics during cell differentiation (2017)
  • 著者名/発表者名: 木村宏
  • 学会等名: Gordon Research Conference “Genome Architecture in Cell Fate & Disease”
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Chromatin modification dynamics during cell differentiation (2017)
  • 著者名/発表者名: 木村宏
  • 学会等名: HMGU-Japan Epigenetics and Chromatin Meeting
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Chromatin Integration Labeling Technology (2017)
  • 著者名/発表者名: 木村宏
  • 学会等名: 平成29年度遺伝研研究会『エピジェネティクスの基盤となるクロマチン・細胞核の動的構造変換』
  • 招待講演
• [学会発表] クロマチン修飾ダイナミクスと転写制御 (2017)
  • 著者名/発表者名: 木村宏
  • 学会等名: 第40回日本分子生物学会年会
  • 招待講演
• [備考] 東工大 木村宏研究室
  • URL: http://kimura-lab.bio.titech.ac.jp/
• [備考] 東工大 木村宏研究者情報
  • URL: http://t2r2.star.titech.ac.jp/cgi-bin/researcherinfo.cgi?q_researcher_content_number=CTT100673940
• [備考] 東工大 科学技術創成研究院 細胞制御工学研究センター
  • URL: http://www.rcb.iir.titech.ac.jp/
• [産業財産権] ヒストンH3トリメチル化リシン特異的モノクローナル抗体又はその抗原結合性断片 (2017)
  • 発明者名: 木村 宏、佐藤優子、大井彰人、胡桃坂仁志、鯨井智也、他
  • 権利者名: 東京工業大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 特願2017-111580