DNMT1によるポリコム抑制ドメインの形成及びその生物学的な意義の解明

2017 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16H02622
• 研究機関: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: 古関 明彦 国立研究開発法人理化学研究所, 統合生命医科学研究センター, グループディレクター (40225446)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: DNMT1 / ポリコム群遺伝子 / CpGアイランド / PRC1 / PRC2

研究実績の概要

DNMT1/NP95経路とポリコム群遺伝子発現抑制の間にあるリンクを詳細に記載するための研究を実施してきた。今までに、ポリコム群は、ES細胞においてCpGアイランドにKDM2B/PCGF1-PRC1→PRC2→カノニカルPRC1というカスケードを使って抑制性クロマチンを形成して、標的遺伝子群を抑制することを他の研究において明らかにしてきた。H28年度までに、DNMT1はKDM2Bの下流として作用していることを示し、PRC2→カノニカルPRC1経路が作用するためにDNMT1は必要とされることを示してきた。この過程において、DNMT1のどの機能ドメインが必要であるのかを明らかにするために、CpGアイランドにリクルートするために機能するCXXCモチーフ、あるいは、複製フォークへのリクルートに寄与するドメイン、あるいは、メチルトランスフェラーゼドメイン、あるいは、ユビキチン結合ドメインを欠損するDNMT1をDNMT1欠損細胞に導入し、安定発現株を樹立した。驚いたことに、これらにおいては、いずれもレトロトラスポゾンにおけるDNAメチル化レベルの回復がみられなかった。しかしながら、いづれの欠損においても、RING1Bの標的への結合は回復することが示された。現在、BAHドメインに焦点を絞った解析を行っている。また、カノニカルPRC1のリクルートメントについてより詳細な解析を行い、CBX7のリクルートは障害されているもののPCGF2(MEL18)については大きな変化がないことがあきらかになった。このことは、カノニカルPRC1のアッセンブリー過程が機能標的である可能性を示唆しており、現在カノニカルPRC1の個々の構成成分について標的への結合を検証している。

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

幾つかの点で、予想とは異なる結果（どの個々のドメインにも機能発現を帰することができなかったなど）が得られたため、適宜短期的な目的を修正しながら研究を進行させている。観察そのものの頑健性は実験を積み重ねることで担保されており、順調に進んでいると自己評価する。

今後の研究の推進方策

今までの研究の進行状況を鑑み、３０年度は以下のように研究を進行する予定である。
① CGIsにおけるDNMT1とカノニカルPRC1の機能的関連の解析: 前述のようにカノニカルPRC１の各構成成分のリクルートメントの間に乖離が見られた。このメカニズムを明らかにするために、RYBPやYAF2のようなカノニカルPRC1にCBX群と競合的に結合しうるコンポーネントについて、DNMT1やNP95への依存性を明らかにする。
② DNMT1によるポリコム群リクルートメント活性のメカニズムの解析：DNMT1やNP95を強制的にクロマチン上に結合させ、各ポリコム群コンポーネントの周辺へのリクルートメントが起こりうるかを検討する。これにより、DNMT1やNP95を欠損したES細胞におけるポリコム群の結合変化が、直接な結合を介した変化であるのか、あるいは、別の要素を介在させるものであるのかが検証可能となる。また、今までのDNMT1 に対する免疫沈降/ウェスタンブロッティングから、RING1Bが免疫沈降されうる可能性が示された。DNMT1とPRC1の直接的な結合の可能性について、免疫沈降/質量分析によって検証を行う。
③ DNMT1によるポリコム群リクルートメント活性の遺伝子とリピートにおける比較：少量ながらポリコム群がレトロトランスポゾンなどの因子にリクルートされることはよく知られているところであるが、そのメカニズムについてはよくわかっていない。DNMT1とNP95が、それらのDNAメチル化維持に寄与することはよく知られている。リピート領域におけるポリコム群の活性にDNMT1とNP95がどのように寄与するのか、あきらかにする。

研究成果

• [雑誌論文] Correction: PCGF6-PRC1 suppresses premature differentiation of mouse embryonic stem cells by regulating germ cell-related genes (2017)
  • 著者名/発表者名: Endoh Mitsuhiro、Endo Takaho A、Shinga Jun、Hayashi Katsuhiko、Farcas Anca、Ma Kit-Wan、Ito Shinsuke、Sharif Jafar、Endoh Tamie、Onaga Naoko、Nakayama Manabu、Ishikura Tomoyuki、Masui Osamu、Kessler Benedikt M、Suda Toshio、Ohara Osamu、Okuda Akihiko、Klose Robert J、Koseki Haruhiko
  • 雑誌名: eLife 巻: 6 ページ: 27970
  • DOI: 10.7554/eLife.21064
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Resistance to Transcriptional Reprogramming following Nuclear Transfer Is Directly Mediated by Multiple Chromatin-Repressive Pathways. (2017)
  • 著者名/発表者名: Jullien J, Vodnala M, Pasque V, Oikawa M, Miyamoto K, Allen G, David SA, Brochard V, Wang S, Bradshaw C, Koseki H, Sartorelli V, Beaujean N, Gurdon J. Gene
  • 雑誌名: Mol Cell 巻: 65 ページ: 873-884
  • DOI: 10.1016/j.molcel.2017.01.030
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] PCGF3/5-PRC1 initiates Polycomb recruitment in X chromosome inactivation. (2017)
  • 著者名/発表者名: Almeida M, Pintacuda G, Masui O, Koseki Y, Gdula M, Cerase A, Brown D, Mould A, Innocent C, Nakayama M, Schermelleh L, Nesterova TB, Koseki H, Brockdorff N.
  • 雑誌名: Science 巻: 356 ページ: 1081-1084
  • DOI: DOI: 10.1126/science.aal2512
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Pramel7 mediates ground-state pluripotency through proteasomal-epigenetic combined pathways. (2017)
  • 著者名/発表者名: Graf U, Casanova EA, Wyck S, Dalcher D, Gatti M, Vollenweider E, Okoniewski MJ, Weber FA, Patel SS, Schmid MW, Li J, Sharif J, Wanner GA, Koseki H, Wong J, Pelczar P, Penengo L, Santoro R, Cinelli P.
  • 雑誌名: Nat Cell Biol 巻: 19 ページ: 763-773
  • DOI: 10.1038/ncb3554
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] CFC1 is a cancer stemness-regulating factor in neuroblastoma. (2017)
  • 著者名/発表者名: Chikaraishi K, Takenobu H, Sugino RP, Mukae K, Akter J, Haruta M, Kurosumi M, Endo TA, Koseki H, Shimojo N, Ohira M, Kamijo T.
  • 雑誌名: Oncotarget 巻: 8 ページ: 45046-45059
  • DOI: 10.18632/oncotarget.18464
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] EPC1/TIP60-mediated histone acetylation facilitates spermiogenesis in mice. (2017)
  • 著者名/発表者名: Dong Y, Isono KI, Ohbo K, Endo TA, Ohara O, Maekawa M, Toyama Y, Ito C, Toshimori K, Helin K, Ogonuki N, Inoue K, Ogura A, Yamagata K, Kitabayashi I, Koseki H.
  • 雑誌名: Mol Cell Biol 巻: 37 ページ: e00082-17
  • DOI: 10.1128/MCB.00082-17
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Crosstalk between NRF2 and HIPK2 shapes cytoprotective responses. (2017)
  • 著者名/発表者名: Torrente L, Sanchez C, Moreno R, Chowdhry S, Cabello P, Isono K, Koseki H, Honda T, Hayes JD, Dinkova-Kostova AT, de la Vega L.
  • 雑誌名: Oncogene 巻: 36 ページ: 6204-6212
  • DOI: 10.1038/onc.2017.221
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Prolonged Mek1/2 suppression impairs the developmental potential of embryonic stem cells. (2017)
  • 著者名/発表者名: Choi J, Huebner AJ, Clement K, Walsh RM, Savol A, Lin K, Gu H, Di Stefano B, Brumbaugh J, Kim SY, Sharif J, Rose CM, Mohammad A, Odajima J, Charron J, Shioda T, Gnirke A, Gygi S, Koseki H, Sadreyev RI, Xiao A, Meissner A, Hochedlinger K.
  • 雑誌名: Nature 巻: 548 ページ: 219-223
  • DOI: 10.1038/nature23274
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Internal deletion of BCOR reveals a tumor suppressor function for BCOR in T lymphocyte malignancies. (2017)
  • 著者名/発表者名: Tanaka T, Nakajima-Takagi Y, Aoyama K, Tara S, Oshima M, Saraya A, Koide S, Si S, Manabe I, Sanada M, Nakayama M, Masuko M, Sone H, Koseki H, Iwama A.
  • 雑誌名: J Exp Med 巻: 214 ページ: 2901-2913
  • DOI: 10.1084/jem.20170167.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The SET1 Complex Selects Actively Transcribed Target Genes via Multivalent Interaction with CpG Island Chromatin. (2017)
  • 著者名/発表者名: Brown DA, Di Cerbo V, Feldmann A, Ahn J, Ito S, Blackledge NP, Nakayama M, McClellan M, Dimitrova E, Turberfield AH, Long HK, King HW, Kriaucionis S, Schermelleh L, Kutateladze T, Koseki H, Klose RJ.
  • 雑誌名: Cell Rep 巻: 20 ページ: 2313-2327
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2017.08.030
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Polycomb directs timely activation of germline genes in spermatogenesis (2017)
  • 著者名/発表者名: Maezawa S, Hasegawa K, Yukawa M, Sakashita A, Alavattam KG, Andreassen PR, Vidal M, Koseki H, Barski A, Namekawa SH.
  • 雑誌名: Genes Dev 巻: 31 ページ: 1693-1703
  • DOI: 10.1101/gad.302000.117
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Role of UHRF1 in de novo DNA methylation in oocytes and maintenance methylation in preimplantation embryos. (2017)
  • 著者名/発表者名: Maenohara S, Unoki M, Toh H, Ohishi H, Sharif J, Koseki H, Sasaki H.
  • 雑誌名: PLoS Genet 巻: 13 ページ: e1007042
  • DOI: 10.1371/journal.pgen.1007042
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] An endosiRNA-Based Repression Mechanism Counteracts Transposon Activation during Global DNA Demethylation in Embryonic Stem Cells. (2017)
  • 著者名/発表者名: Berrens RV, Andrews S, Spensberger D, Santos F, Dean W, Gould P, Sharif J, Olova N, Chandra T, Koseki H, von Meyenn F, Reik W.
  • 雑誌名: Cell Stem Cell 巻: 21 ページ: 694-703
  • DOI: 10.1016/j.stem.2017.10.004
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] No Winter Lasts Forever: Polycomb Complexes Convert Epigenetic Memory of Cold into Flowering (2017)
  • 著者名/発表者名: Sharif J, Koseki H.
  • 雑誌名: Dev Cell 巻: 42 ページ: 563-564
  • DOI: 10.1016/j.devcel.2017.09.004
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Gene regulation by Polycomb variants (2017)
  • 著者名/発表者名: Koseki H
  • 学会等名: RIKEN-McGill Symposium
  • 国際学会
• [学会発表] Clinical potential of iPS cell-derived invariant NKT cells (2017)
  • 著者名/発表者名: Koseki H
  • 学会等名: Stanford ISCBRM-RIKEN IMS Joint Symposium
  • 国際学会
• [学会発表] Polycomb-mediated regulation of transition of transcriptional status (2017)
  • 著者名/発表者名: Koseki H
  • 学会等名: 第69回日本細胞生物学会大会 The 69th Annual Meeting of the Japan Sciety for Cell Biology
  • 招待講演
• [学会発表] 「iPS 細胞由来NKT 細胞によるがん治療技術の開発」 Development of adoptive immunotherapy for cancer using iPS-derived NKT cells (2017)
  • 著者名/発表者名: Koseki H
  • 学会等名: 第21回日本がん免疫学会総会 The 21st Annual Meeting of Japanese Association of Cancer Immunology
  • 招待講演
• [学会発表] Meis2 activation by Kdm2b-containing complexesOxford University (2017)
  • 著者名/発表者名: Koseki H
  • 学会等名: Oxford University
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Meis2 activation by Kdm2b-containing complexesThe Babraham Institute (2017)
  • 著者名/発表者名: Koseki H
  • 学会等名: The Babraham Institute
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Meis2 activation by Kdm2b-containing complexes (2017)
  • 著者名/発表者名: Koseki H
  • 学会等名: Smurfit Institute of Genetics, Trinity College Dublin
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Activating Polycomb-repressed genes in mammals (2017)
  • 著者名/発表者名: Koseki H
  • 学会等名: France-Japan Epigenetics Workshop
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Meis2 regulation by Kdm2b complexes in developing midbrain (2017)
  • 著者名/発表者名: Koseki H
  • 学会等名: Friedrich Miescher Institute for Biomedical Research
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Meis2 regulation by Kdm2b complexes in developing midbrain (2017)
  • 著者名/発表者名: Koseki H
  • 学会等名: Biotech Research & Innovation Centre (BRIC) University of Copenhagen
  • 国際学会 / 招待講演