植物再分化を制御するクロマチン構造変換メカニズムのイメージング解析

2019 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19H03259
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 松永 幸大 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 教授 (40323448)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: イメージング / ヒストン修飾 / 再生 / エピジェネティックス

研究実績の概要

申請者は、植物の強力な再分化能力を制御する遺伝子プライミング現象を発見した。植物のシュート再生前のカルスの段階で、ヒストンH3のリジン残基の脱メチル化によりプライミング遺伝子群が転写スタンバイになりシュート形成時に一気に遺伝子発現がONになることが明らかになった。これはクロマチン構造変換により遺伝子発現が三次元的に制御されていると推測された。そこで、クロマチン構造変換に連動する遺伝子発現をRNAポリメラーゼのリン酸化をライブイメージングして解析するほか、申請者が開発した独自のディープイメージングや遺伝子座特異的クロマチン可視化技術を用いて、多細胞塊のカルスを研究材料にして解析することにより、より詳細な植物のプライミング現象の分子メカニズムを明らかにすることを目的とする。初年度はプライミング遺伝子の同定を行った。その結果、ヒストン脱メチル化とメチ ル化のバランスからプライミング遺伝子の同定を進めることができた。特に、再生前段階で、H3K4me1、 H3K4me2、H3K3me3のバランスがプライミング現象の成立に寄与することがわかりだした。このため、引き続きRNA-seqとChIP-seqのデータをもとに、イメージング解析を進めていくためのベクターコンストラクトを開始した。また、RNAPIISer2phやH3K4me3を認識するモノクローナル抗体の 一部であるミントボディを使用したイメージングを可能にするベクターコンストラクトを完成させて、形質転換体の作製も進めた。

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

イメージング解析できる形質転換体が取得できたから。

今後の研究の推進方策

再生前段階で、H3K4me1、 H3K4me2、H3K3me3のバランスがプライミング現象の成立に寄与することがわかりだしたため、3種類のヒストン修飾のバランスが植物再生を制御するという作業仮説を立てた。この作業仮説を検証するために、研究を進めていく。また、RNAPIISer2phやH3K4me3を認識するモノクローナル抗体の 一部であるミントボディを使用したイメージングを可能にするベクターコンストラクトを完成させて、形質転換体の作製したことから、このイメージングラインの解析も進めていく。

研究成果

• [国際共同研究] チューリッヒ大学(スイス)
  • 国名: スイス
  • 外国機関名: チューリッヒ大学
• [国際共同研究] カリフォルニア工科大学(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: カリフォルニア工科大学
• [雑誌論文] The Progression of Xylem Vessel Cell Differentiation is Dependent on the Activity Level of VND7 in Arabidopsis thaliana (2020)
  • 著者名/発表者名: Hirai, R., Higaki, T., Takenaka, Y., Sakamoto, Y., Hasegawa, J., Matsunaga, S., Demura, T. and Ohtani, M
  • 雑誌名: Plants 巻: 9 ページ: 39
  • DOI: 10.3390/plants9010039
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Deep Imaging Analysis in VISUAL Reveals the Role of YABBY Genes in Vascular Stem Cell Fate Determination. (2020)
  • 著者名/発表者名: Nurani, A. M., Ozawa, Y., Furuya, T., Sakamoto, Y., Ebine, K., Matsunaga, S., Ueda, T., Fukuda, H. and Kondo, Y.
  • 雑誌名: Plant & cell physiology 巻: 61 ページ: 255, 264
  • DOI: 10.1093/pcp/pcaa002
  • 査読あり
• [雑誌論文] Lysine-specific demethylase epigenetically regulates human and plant phenomena. (2019)
  • 著者名/発表者名: Toyoda, Y , Matsunaga, S
  • 雑誌名: CYTOLOGIA 巻: 84 ページ: 295, 298
  • DOI: 10.1508/cytologia.84.295
  • 査読あり
• [雑誌論文] Seasonal and diurnal regulation of flowering via an epigenetic mechanism in Arabidopsis thaliana. (2019)
  • 著者名/発表者名: Shibuta, K. M , Matsunaga, S
  • 雑誌名: CYTOLOGIA 巻: 84 ページ: 3, 8
  • DOI: 10.1508/cytologia.84.3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Homologous pairing activities of Arabidopsis thaliana RAD51 and DMC1. (2019)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi, W , Liu, E , Ishii, H , Matsunaga, S , Schlogelhofer, P , Kurumizaka, H
  • 雑誌名: JOURNAL OF BIOCHEMISTRY 巻: 165 ページ: 289, 295
  • DOI: 10.1093/jb/mvy105
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Acetic Acid Treatment Enhances Drought Avoidance in Cassava (Manihot esculenta Crantz) (2019)
  • 著者名/発表者名: Utsumi, Y., Utsumi, C., Tanaka, M., Ha, C.V., Takahashi, S., Matsui, A., Matsunaga, T. M., Matsunaga, S., Kanno, Y., Seo, M., Okamoto, Y., Moriya, E. and Seki, M.
  • 雑誌名: FRONTIERS IN PLANT SCIENCE 巻: 10 ページ: 521, 532
  • DOI: 10.3389/fpls.2019.00521
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Plant condensin II is required for the correct spatial relationship between centromeres and rDNA arrays. Nucleus (2019)
  • 著者名/発表者名: Sakamoto, T., Sugiyama, T., Yamashita, T. and Matsunaga, S.
  • 雑誌名: NUCLEUS-PHILA 巻: 10 ページ: 116, 125
  • DOI: 10.1080/19491034.2019.1616507
  • 査読あり
• [雑誌論文] The 26S proteasome is required for the maintenance of root apical meristem by modulating auxin and cytokinin responses under high-boron stress (2019)
  • 著者名/発表者名: Sakamoto, T., Sotta, N., Suzuki, T., Fujiwara, T. and Matsunaga, S
  • 雑誌名: FRONTIERS IN PLANT SCIENCE 巻: 10 ページ: 590, 602
  • DOI: 10.3389/fpls.2019.00590
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 2A Peptides Contribute to the Co-Expression of Proteins for Imaging and Genome Editing. (2019)
  • 著者名/発表者名: Shibuta, M. K., Matsuoka, M. and Matsunaga, S.
  • 雑誌名: CYTOLOGIA 巻: 84 ページ: 107, 111
  • DOI: 10.1508/cytologia.84.107
  • 査読あり
• [雑誌論文] Abnormal leaf development of rpt5a mutant under zinc deficiency reveals important role of DNA damage alleviation for normal leaf development. (2019)
  • 著者名/発表者名: Sotta, N., Sakamoto, T., Matsunaga, S., and Fujiwara, T.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 9 ページ: 9369
  • DOI: 10.1038/s41598-019-44789-w
  • 査読あり
• [雑誌論文] The SMC5/6 Complex Subunit NSE4A Is Involved in DNA Damage Repair and Seed Development. (2019)
  • 著者名/発表者名: Diaz, M , Pecinkova P , Nowicka, A , Baroux, C , Sakamoto, T , Gandha, P. Y , Jerabkova, H , Matsunaga, S , Grossniklaus, U , Pecinka, A
  • 雑誌名: PLANT CELL 巻: 31 ページ: 1579, 1597
  • DOI: 10.1105/tpc.18.00043
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Characterization of DNA Repair Foci in Root Cells of Arabidopsis in Response to DNA Damage (2019)
  • 著者名/発表者名: Hirakawa, T. and Matsunaga, S.
  • 雑誌名: Frontiers in Plant Science 巻: 10 ページ: 990, 999
  • DOI: 10.3389/fpls.2019.00990
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Intracellular localization of histone deacetylase HDA6 in plants (2019)
  • 著者名/発表者名: Kurita, K., Sakamoto, Y., Naruse, S., Matsunaga, T. M., Arata, H., Higashiyama, T., Habu, Y., Utsumi, Y., Utsumi, C., Tanaka, M., Takahashi, S., Kim, J. M., Seki, M., Sakamoto, T. and Matsunaga, S.
  • 雑誌名: Journal of Plant Research 巻: 132 ページ: 629, 640
  • DOI: 10.1007/s10265-019-01124-8
  • 査読あり
• [雑誌論文] LSD1-LIKE1-Mediated H3K4me2 Demethylation Is Required for Homologous Recombination Repair (2019)
  • 著者名/発表者名: Hirakawa, T., Kuwata, K., Gallego, M. E., White, C. I., Nomoto, M., Tada, Y. and Matsunaga, S.
  • 雑誌名: Plant Physiology 巻: 181 ページ: 499, 509
  • DOI: 10.1104/pp.19.00530
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Primed histone demethylation regulates shoot regenerative competency (2019)
  • 著者名/発表者名: Ishihara, H., Sugimoto, K., Tarr, P. T, Temman, H., Kadokura, S., Inui, Y., Sakamoto, T., Sasaki, T., Aida, M., Suzuki, T., Inagaki, S., Morohashi, K., Seki, M., Kakutani, T., Meyerowitz, E. M. and Matsunaga, S.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 10 ページ: 1786, 1800
  • DOI: 10.1038/s41467-019-09386-5
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Cyanidioschyzon merolae aurora kinase phosphorylates evolutionarily conserved sites on its target to regulate mitochondrial division (2019)
  • 著者名/発表者名: S. Kato , E. Okamura , T. Matsunaga , M. Nakayama , Y. Kawanishi , T. Ichinose , A. Iwane , T. Sakamoto , Y. Imoto , M. Ohnuma , Y. Nomura , H. Nakagami , H. Kuroiwa , T. Kuroiwa , S. Matsunaga
  • 雑誌名: Communications Biology 巻: 2 ページ: 477,
  • DOI: 10.1038/s42003-019-0714-x
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Pyrenocine A induces monopolar spindle formation and suppresses proliferation of cancer cells (2019)
  • 著者名/発表者名: Y. Myobatake , S. Kamisuki , S. Tsukuda , T. Higashi , T.i Chinen , K. Takemoto , M. Hachisuka , Y. Suzuki , M. Takei , Y. Tsurukawa , H. Maekawa , T. Takeuchi , T. M. Matsunaga , H. Sahara , T. Usui , S. Matsunaga , F. Sugawara
  • 雑誌名: Bioorganic & Medicinal Chemistry 巻: 27 ページ: 115149, 115149
  • DOI: 10.1016/j.bmc.2019.115149
  • 査読あり
• [学会発表] Nuclear lamina protein CRWN regulates gene positioning of a copper transport family gene locus (2019)
  • 著者名/発表者名: Yuki Sakamoto、Mayuko Sato、Takamasa Suzuki、Kiminori Toyooka、Shingo Takagi、Sachihiro Matsunaga
  • 学会等名: 日本植物生理学会
• [学会発表] Elucidation of chromosome structure and epigenetic mechanism of gene regulation in primitive red alga Cyanidioschyzon merolae (2019)
  • 著者名/発表者名: Minami Nakayama、Takuya Sakamoto、Tomoko Matsunaga、Miyako Kitagawa、Kan Tanaka、Tokiaki Takemura、Takamasa Suzuki、Sachihiro Matsunaga
  • 学会等名: 日本植物生理学会
• [学会発表] Histone demethylase LDL1 promotes homologous recombination repair via demethylation of H3K4me2 (2019)
  • 著者名/発表者名: Takeshi Hirakawa、Keiko Kuwata、Sachihiro Matsunaga
  • 学会等名: 日本植物生理学会
• [学会発表] Analysis of relationship between maintenance of heat stress memory and chromosome higher order structure (2019)
  • 著者名/発表者名: Yui Fujiwara、Takuya Sakamoto、Yuki Sakamoto、Nobutoshi Yamaguchi、Toshiro Ito、Sachihiro Matsunaga
  • 学会等名: 日本植物生理学会
• [学会発表] Chromatin remodeling factors are required for de-novo shoot regeneration in Arabidopsis thaliana (2019)
  • 著者名/発表者名: Mariana Diaz、Kaoru Sugimoto、Takuya Sakamoto、Sachihiro Matsunaga
  • 学会等名: 日本植物生理学会
• [学会発表] Histone demethylation is involved in gene priming for plant regeneration (2019)
  • 著者名/発表者名: Sachihiro Matsunaga、Hiroya Ishihara、Haruka Tenman、Satoshi Kadokura、Soichi Inagaki、Yayoi Inui、Takuya Sakamoto、Takamasa Suzuki、Kengo Morohashi、Tetsuji Kakutani、Kaoru Sugimoto
  • 学会等名: 日本植物生理学会
• [学会発表] ASHH2 Regulates Arabidopsis callus formation and shoot regeneration through photosynthesis/light and glucose metabolism pathways (2019)
  • 著者名/発表者名: Ryosuke Makino、Kaoru Sugimoto、Yuki Katsuyama、Hiroya Ishihara、Satoshi Kadokura、Takamasa Suzuki、Takuya Sakamoto、Sachihiro Matsunaga
  • 学会等名: 日本植物生理学会
• [学会発表] Visualization of histone modification using live-imaging tool in plant (2019)
  • 著者名/発表者名: Megumi Matsuoka、Takuya Sakamoto、Mio Shibuta、Noriyoshi Yagi、Hiroshi Kimura、Sachihiro Matsunaga
  • 学会等名: 日本植物生理学会
• [学会発表] Transcriptome analysis reveals dynamic expression changes during tuberous root formation in Arabidopsis thaliana (2019)
  • 著者名/発表者名: Sakiko Nishioka、Takuya Sakamoto、Takamasa Suzuki、Sachihiro Matsunaga
  • 学会等名: 日本植物生理学会
• [学会発表] Analysis of relationship between maintenance of heat stress memory and chromosome higher order structure (2019)
  • 著者名/発表者名: Sayuri Ando, Takumi Ogawa, Shoko Kojima, Yuki Sakamoto, Sachihiro Matsunaga, Yasunori Machida, and Chiyoko Machida
  • 学会等名: Taiwan-Japan 2019 Plant Biology Conference
  • 国際学会
• [学会発表] シロイヌナズナの新規染色体構造構築制御因子の探索 (2019)
  • 著者名/発表者名: 坂本卓也, 坂本勇貴, 御子侑香, 伊藤ななみ, 松永幸大
  • 学会等名: 日本植物形態学会
• [学会発表] シロイヌナズナにおける条件特異的な塊根様組織形成メカニズムの解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 西岡咲子, 坂本卓也, 鈴木孝征, 安江啓人, 諸橋賢吾, 松永幸大
  • 学会等名: 日本植物形態学会
• [学会発表] 植物核ラミナ CRWN は核内の遺伝子配置に関与する (2019)
  • 著者名/発表者名: 坂本勇貴, 高木慎吾, 松永幸大
  • 学会等名: 日本植物形態学会
• [学会発表] Primed histone demethylation regulates shoot regenerative competency. (2019)
  • 著者名/発表者名: 松永 幸大
  • 学会等名: 日本植物形態学会
• [学会発表] 茎頂組織における体細胞胚形成の解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 伊藤ななみ, 角倉慧, 杉本薫, 坂本卓也, 鈴木 孝征, 松永幸大
  • 学会等名: 日本植物形態学会
• [学会発表] 植物の根の DNA 損傷応答に与える光の影響の解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 藤原維, 坂本卓也, 松永幸大
  • 学会等名: 日本植物形態学会
• [学会発表] 遺伝子プライミングによる再生メカニズム (2019)
  • 著者名/発表者名: 松永 幸大，松岡 慈，澁田 未央，石原 弘也，天満 春花，角倉 慧，稲垣宗一，乾 弥生，鈴木 孝征，諸橋 賢吾，角谷 徹仁，杉本 薫，坂本 卓也
  • 学会等名: 日本植物学会
• [学会発表] シロイヌナズナの新規染色体構造構築制御因子の解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 坂本 卓也，坂本 勇貴，御子 侑香，伊藤 ななみ，松永 幸大
  • 学会等名: 日本植物学会
• [学会発表] シロイヌナズナ茎頂組織における体細胞胚形成の解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 伊藤 ななみ，角倉 慧，杉本 薫，鈴木 孝征，松永 幸大
  • 学会等名: 日本植物学会
• [学会発表] シロイヌナズナ 19S プロテアソーム変異体における塊根様組織形成を制御する因子の探索 (2019)
  • 著者名/発表者名: 西岡 咲子，坂本 卓也，鈴木 孝征，諸橋 賢吾，安江 啓人，松永 幸大
  • 学会等名: 日本植物学会
• [学会発表] DNA 損傷応答に与える光の影響の解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 藤原 維，坂本 卓也，松永 幸大
  • 学会等名: 日本植物学会
• [学会発表] 核ラミナタンパク質 CRWN が環境応答遺伝子の発現を制御するメカニズムの解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 坂本 勇貴，佐藤 繭子，豊岡 公徳，佐藤 良勝，高木 慎吾，松永 幸大
  • 学会等名: 日本植物学会
• [学会発表] 植物における新奇核膜内膜局在タンパク質の同定 (2019)
  • 著者名/発表者名: 渡邉水音、坂本勇貴、坂本卓也、松永幸大
  • 学会等名: 日本分子生物学会
• [学会発表] シロイヌナズナの間期セントロメア配置制御に核膜孔複合体が関与する (2019)
  • 著者名/発表者名: 御子侑香、坂本卓也、伊藤ななみ、坂本勇貴、松永幸大
  • 学会等名: 日本分子生物学会
• [学会発表] Involvements of nuclear pore complex proteins in the regulation of spatial arrangement of chromatin domains in Arabidopsis (2019)
  • 著者名/発表者名: Takuya Sakamoto、Yuka Oko、 Nanami Ito、Yuki Sakamoto、 Sachihiro Matsunaga
  • 学会等名: SEB conference on Imapct of chromatin domains on plant phenotypes"
  • 国際学会
• [学会発表] FASCIATA1 is required for de-novo shoot regeneration in Arabidopsis thaliana (2019)
  • 著者名/発表者名: Mariana Diaz、Takuya Sakamoto、 Sachihiro Matsunaga
  • 学会等名: SEB conference on Imapct of chromatin domains on plant phenotypes"
  • 国際学会
• [学会発表] Live imaging system to tracking post-translational modification dynamics in Arabidopsis thaliana (2019)
  • 著者名/発表者名: Mio K. Shibuta, Megumi Matsuoka, Mayu Yoshikawa, Kazuki Kurita, Tamako Yamaoka, Takuya Sakamoto, Hiroshi Kimura, Sachihiro Matsunaga
  • 学会等名: IMPACT OF CHROMATIN DOMAINS ON PLANT PHENOTYPES
  • 国際学会
• [備考] 松永研究室
  • URL: http://park.itc.u-tokyo.ac.jp/matsunaga_lab/