染色体４次元構造解析にもとづくゲノム維持・継承メカニズムの解明

2016 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15H02369
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 白髭 克彦 東京大学, 分子細胞生物学研究所, 教授 (90273854)
• 研究分担者: 須谷 尚史 東京大学, 分子細胞生物学研究所, 講師 (30401524)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: 染色体高次構造 / 次世代シークエンサー / 細胞周期 / ゲノム維持

研究実績の概要

本申請課題では、転写や複製、修復、凝縮などのさまざまな核内諸反応が円滑かつ協調的に進行することを保障する染色体がもつメカニズムの解明を目標とし、染色体高次構造に焦点を当てた研究を遂行している。平成２８年度における主な成果は以下の通りである。(1) 染色体高次構造に関する情報を次世代シークエンサーにより取得する技法、Hi-C法を改良し、より高解像度での構造情報が取得できる実験系の開発に成功した。また、得られる実験データを可視化・統計処理するためのパイプラインの整備も合わせて行った。これらの成果に基づき、細胞周期やがん化、細胞分化などに伴う核内構造遷移の可視化、ライブラリ化を現在進めている。(2) 染色体構造の制御因子であるコヒーシンやコンデンシンの染色体上結合位置には、従来の手法では検出することができないものがあったことを定量的ChIP-seq法を用いて明らかにすることができた。このうち、新たに見出された一群の染色体上コヒーシンは、結合位置や受ける制御、予想される細胞内機能が従前のものと異なっており、この点をより詳細に解析することでコヒーシンによる染色体構造制御の機構理解がいっそう深まると期待される。(3) DNA複製開始点がどのように規定されているか、特に染色体構造とどのような関係があるかについてウェット・ドライの両面からの解析を行った。機械学習に基づく解析などを駆使し、複製開始点の決定要因を真核細胞において初めて詳らかにすることができた。

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

染色体高次構造を高解像度で可視化するための技術基盤（Hi-C法の改良とその解析パイプラインの構築）が完了しており、それを用いたライブラリ構築も進められている。また、これまでよりも高感度・高精度なChIP-seq法により、種々の染色体高次構造制御因子のもつ新たな役割を示唆する結果が得られてきている。高次構造ライブラリと統合比較することにより様々な知見が得られる段階にきていると言える。

今後の研究の推進方策

染色体高次構造の制御機構についてシスとトランスの両面から迫る現在の研究方針を継続する。すなわち、改良Hi-C法による構造可視化と、定量的ChIP-seq法などを駆使したタンパク質因子側からの解析を行う。得られた結果を様々なインフォマティクス技術を用いて統合比較することにより、高次構造を介した染色体機能の制御・連関機構の解明を目指す。これまでに興味深い結果がすでに得られている個別の事象（コヒーシンの局在-機能相関、複製起点規定因子）については特に注力して研究を進める。

研究成果

• [雑誌論文] Decreased cohesin in the brain leads to defective synapse development and anxiety-related behavior. (2017)
  • 著者名/発表者名: Fujita Y, Masuda K, Bando M, Nakato R, Katou Y, Tanaka T, Nakayama M, Takao K, Miyakawa T, Tanaka T, Ago Y, Hashimoto H, Shirahige K, Yamashita T.
  • 雑誌名: J Exp Med. 巻: 印刷中 ページ: 印刷中
  • DOI: 10.1084/jem.20161517.
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Cornelia de Lange syndrome and molecular implications of the cohesin complex: Abstracts from the 7th biennial scientific and educational symposium 2016. (2017)
  • 著者名/発表者名: Kline AD, Krantz ID, Deardorff MA, Shirahige K, Dorsett D, Gerton JL, Wu M, Mehta D, Mills JA, Carrico CS, Noon S, Herrera PS, Horsfield JA, Bettale C, Morgan J, Huisman SA, Moss J, McCleery J, Grados M, Hansen BD, Srivastava S, Taylor-Snell E, Kerr LM, Katz O, Calof AL, Musio A, Egense A, Haaland RE.
  • 雑誌名: Am J Med Genet A. 巻: 173(5) ページ: 1172-1185.
  • DOI: 10.1002/ajmg.a.38161.
  • 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] ChIP-seq Analysis of Condensin Complex in Cultured Mammalian Cells. (2017)
  • 著者名/発表者名: Sakata T, Shirahige K, Sutani T.
  • 雑誌名: Methods Mol Biol. 巻: 1515 ページ: 257-271.
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Recent advances in ChIP-seq analysis: from quality management to whole-genome annotation. (2017)
  • 著者名/発表者名: Nakato R, Shirahige K.
  • 雑誌名: Brief Bioinform. 巻: 18(2) ページ: 279-290.
  • DOI: 10.1093/bib/bbw023.
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] ASBEL-TCF3 complex is required for the tumorigenicity of colorectal cancer cells. (2016)
  • 著者名/発表者名: Taniue K, Kurimoto A, Takeda Y, Nagashima T, Okada-Hatakeyama M, Katou Y, Shirahige K, Akiyama T.
  • 雑誌名: Proc Natl Acad Sci U S A. 巻: 113(45) ページ: 12739-12744
  • DOI: 10.1073/pnas.1605938113
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] MYU, a Target lncRNA for Wnt/c-Myc Signaling, Mediates Induction of CDK6 to Promote Cell Cycle Progression. (2016)
  • 著者名/発表者名: Kawasaki Y, Komiya M, Matsumura K, Negishi L, Suda S, Okuno M, Yokota N, Osada T, Nagashima T, Hiyoshi M, Okada-Hatakeyama M, Kitayama J, Shirahige K, Akiyama T.
  • 雑誌名: Cell Rep. 巻: 16(10) ページ: 2554-64
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2016.08.015.
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] ARCN1 Mutations Cause a Recognizable Craniofacial Syndrome Due to COPI-Mediated Transport Defects. (2016)
  • 著者名/発表者名: Izumi K, Brett M, Nishi E, Drunat S, Tan ES, Fujiki K, Lebon S, Cham B, Masuda K, Arakawa M, Jacquinet A, Yamazumi Y, Chen ST, Verloes A, Okada Y, Katou Y, Nakamura T, Akiyama T, Gressens P, Foo R, Passemard S, Tan EC, El Ghouzzi V, Shirahige K.
  • 雑誌名: Am J Hum Genet. 巻: 99(2) ページ: 451-9.
  • DOI: 10.1016/j.ajhg.2016.06.011.
  • 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] DNMT3A R882 mutants interact with polycomb proteins to block haematopoietic stem and leukaemic cell differentiation. (2016)
  • 著者名/発表者名: Koya J, Kataoka K, Sato T, Bando M, Kato Y, Tsuruta-Kishino T, Kobayashi H, Narukawa K, Miyoshi H, Shirahige K, Kurokawa M.
  • 雑誌名: Nat Commun. 巻: 7 ページ: 10924
  • DOI: 10.1038/ncomms10924.
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] Transcriptional regulation by cohesin and its loader (2017)
  • 著者名/発表者名: Katsuhiko Shirahige
  • 学会等名: 第9回NAGOYAグローバルリトリート
  • 発表場所: 愛知健康プラザ、愛知県大府市
  • 年月日: 2017-02-10 – 2017-02-11
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] How cohesin and its loader regulate transcription? Clues from newly identi ed disease andin vitro reconstitution system (2016)
  • 著者名/発表者名: Katsuhiko Shirahige
  • 学会等名: トロント大学のセミナー
  • 発表場所: カナダ、トロント
  • 年月日: 2016-04-16 – 2016-04-16
  • 招待講演
• [学会発表] Genetic Link of Human Rare Diseases Identify Regulatory Mechanism of Transcription by Cohesin and its Loader (2016)
  • 著者名/発表者名: Katsuhiko Shirahige
  • 学会等名: CIFAR Genetic Network Workshop
  • 発表場所: カナダ、トロント
  • 年月日: 2016-04-15 – 2016-04-17
  • 国際学会 / 招待講演