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2019 年度 実績報告書

生細胞解析による転写制御におけるクロマチン修飾の意義の解明

研究課題

研究課題/領域番号 17H01417
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)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2021-03-31
キーワードクロマチン / 遺伝子発現制御 / エピジェネティクス / ヒストン修飾
研究実績の概要

細胞が分化や外部からのシグナルに応答する際に遺伝子発現が変動するが、これらの刺激に応じたクロマチンレベルでの遺伝子発現制御機構については未だに不明な点も多い。本研究は、転写活性化と不活性化におけるヒストン修飾の意義を理解するために、申請者らが独自に開発した生細胞の翻訳後修飾可視化系にゲノム可視化系を組み合わせることで、(I)熱ショックストレス誘導性転写活性化におけるクロマチン構造変化の役割、及び、(II)X染色体の不活性化に伴うヒストン修飾動態、を明らかにすることを目的として行った。
(I)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析:エピゲノム操作によるヒストン修飾の意義を解析する。Sat3-sgRNAとdCas9-EGFPを発現させた細胞を用いて、熱ショック転写誘導の際のSat3領域のクロマチン動態について解析した。熱ショックによる転写活性化の過程で脱凝縮したSat3領域は、熱ショック前に比べて運動性が増した。
(II)細胞分化・脱分化に伴うX染色体の不活性化と再活性化におけるクロマチン動態の解析:昨年度までの研究で、複数のX染色体領域とH3K27me3-mintbodyを同時に可視化できる雌ES細胞を樹立し、細胞分化に応答したX染色体の動態を解析した。今年度は、H4K20me1-mintbodyを発現する細胞を樹立し、不活性X染色体に濃縮されるヒストン修飾のキネティクスを明らかにした。また、H4K20me1-mintbodyを発現するマウスを用いて、発生や分化にともなう修飾動態の解析を行った。

現在までの達成度 (区分)
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

(I)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析:熱ショックで誘導される転写活性化にヒストンH3アセチル化が重要であることを示し、さらに、クロマチンの運動性の変化も明らかにした。研究は順調に進展している。
(II)細胞分化・脱分化に伴うX染色体の不活性化と再活性化におけるクロマチン動態の解析:X染色体上の遺伝子領域、H3K27me3、H4K20me1を同時に可視化できる雌ES細胞を樹立し、細胞分化に伴うX染色体不活性化過程を生細胞で観察することに成功した。不活性化過程のX染色体上にH3K27me3とH4K20me1が同時に集積することが明らかになりつつある。
全体的に順調に進展している。

今後の研究の推進方策

(I)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析:Sat3領域の動態変化が転写活性化を促進するかどうかを検証し、論文としてまとめていく。
(II)細胞分化・脱分化に伴うX染色体の不活性化と再活性化におけるクロマチン動態の解析:X染色体の不活性化に伴うヒストン修飾の変化に関する論文をまとめる。また、H4K20me1-mintbody発現マウスの解析を進める。

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2019 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 1件、 査読あり 2件、 オープンアクセス 2件) 備考 (3件)

  • [国際共同研究] Max Planck Institute - CBG, Dresden/European Molecular Biology Laboratory(ドイツ)

    • 国名
      ドイツ
    • 外国機関名
      Max Planck Institute - CBG, Dresden/European Molecular Biology Laboratory
  • [国際共同研究] University of Copenhagen(デンマーク)

    • 国名
      デンマーク
    • 外国機関名
      University of Copenhagen
  • [雑誌論文] Intrabody-based FRET probe to visualize endogenous histone acetylation2019

    • 著者名/発表者名
      Chung Chan-I、Sato Yuko、Ohmuro-Matsuyama Yuki、Machida Shinichi、Kurumizaka Hitoshi、Kimura Hiroshi、Ueda Hiroshi
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 9 ページ: 10188

    • DOI

      10.1038/s41598-019-46573-2

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Histone H3K27 acetylation precedes active transcription during zebrafish zygotic genome activation as revealed by live-cell analysis2019

    • 著者名/発表者名
      Sato Yuko、Hilbert Lennart、Oda Haruka、Wan Yinan、Heddleston John M.、Chew Teng-Leong、Zaburdaev Vasily、Keller Philipp、Lionnet Timothee、Vastenhouw Nadine、Kimura Hiroshi
    • 雑誌名

      Development

      巻: 146 ページ: dev179127

    • DOI

      10.1242/dev.179127

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [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

      http://www.rcb.iir.titech.ac.jp/index.html

  • [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・木村研究室

    • URL

      http://kimura-lab.bio.titech.ac.jp/

  • [備考] 東京工業大学リサーチディボジトリ/木村宏

    • URL

      http://t2r2.star.titech.ac.jp/cgi-bin/researcherinfo.cgi?q_researcher_content_number=CTT100673940

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公開日: 2021-12-27  

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