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

2020 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。初年度と2年度の解析により、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絞り込みを進めることができ、さらに詳細な分子メカニズムが明らかになった。特に、再生前段階で、H3K4me1、H3K4me2、H3K3me3のバランスによってプライミング現象が成立することが明らかになりつつある。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ChIPとイメージングを可能にするシステムを構築することに成功した。RNAPIISer2phのミントボディに関しては、ChIPとイメージングを組み合わせた論文原稿を作成して論文発表をすることができた。

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

植物プライミング現象の分子メカニズムが明らかになりつつあり、その成果の一部を論文発表できたから。

今後の研究の推進方策

初年度と2年度の解析により明らかになった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について、H3K4me1、H3K4me2、H3K3me3の動態を明らかにして論文発表することを目標に研究を推進していく予定である。

研究成果

• [国際共同研究] Institute of Experimental Botany/Masaryk University(チェコ)
  • 国名: チェコ
  • 外国機関名: Institute of Experimental Botany/Masaryk University
• [国際共同研究] Zurich University(スイス)
  • 国名: スイス
  • 外国機関名: Zurich University
• [雑誌論文] Thiazoline-related innate fear stimuli orchestrate hypothermia and anti-hypoxia via sensory TRPA1 activation (2021)
  • 著者名/発表者名: Tomohiko Matsuo, Tomoko Isosaka, Yuichiro Hayashi, Lijun Tang, Akihiro Doi, Aiko Yasuda, Mikio Hayashi, Chia-Ying Lee, Liqin Cao, Natsumaro Kutsuna, Sachihiro Matsunaga, Takeshi Matsuda, Ikuko Yao, Mitsuyoshi Setou, Dai Kanagawa, Koichiro Higasa, Masahito Ikawa, Qinghua Liu, Reiko Kobayakawa, Ko Kobayakawa
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 12 ページ: 2074-2074
  • DOI: 10.1038/s41467-021-22205-0
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] SQAP, an acyl sulfoquinovosyl derivative, suppresses expression of histone deacetylase and induces cell death of cancer cells under hypoxic conditions (2021)
  • 著者名/発表者名: Kawakubo, H., Kamisuki, S., Suzuki, K., Carbonell, J. I., Saito, S., Murata, H., Tanabe, A., Hongo, A., Murakami, H., Matsunaga, S., Sakaguchi, K., Sahara, H., Sugawara, F. and Kuramochi, K.
  • 雑誌名: Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry 巻: 85 ページ: 85, 91
  • DOI: 10.1093/bbb/zbaa015
  • 査読あり
• [雑誌論文] Next Generation Sequence-based Technologies for Analyzing DNA Strand Breaks (2021)
  • 著者名/発表者名: Fujiwara, Y., Matsunaga, S. and Sakamoto, T.
  • 雑誌名: CYTOLOGIA 巻: 86 ページ: 3, 9
  • DOI: 10.1508/cytologia.86.3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Common architectures in cyanobacteria Prochlorococcus cells visualized by X-ray diffraction imaging using X-ray free electron laser (2021)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi, A., Takayama, Y., Hirakawa, T., Okajima, K., Oide, M., Oroguchi, T., Inui, Y., Yamamoto., M., Matsunaga, S. and Nakasako M.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 11 ページ: 3877, 3891
  • DOI: 10.1038/s41598-021-83401-y
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A live imaging system to analyze spatiotemporal dynamics of RNA polymerase II modification in Arabidopsis thaliana. (2021)
  • 著者名/発表者名: Shibuta, M. K., Sakamoto, T., Yamaoka, T., Yoshikawa, M., Kasamatsu, S., Yagi, N., Fujimoto, S., Suzuki, T., Uchino, S., Sato, Y., Kimura, H. and Matsunaga, S.
  • 雑誌名: Commun. Biol 巻: - ページ: in press
  • 査読あり / オープンアクセス
• [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] The formation of perinucleolar bodies is important for normal leaf development and requires the zinc‐finger DNA‐binding motif in Arabidopsis ASYMMETRIC LEAVES2 (2020)
  • 著者名/発表者名: Luo, L., Ando, S., Sakamoto, Y., Suzuki, T., Takahashi, H., Ishibashi, N., Kojima, S., Kurihara, D., Higashiyama, T., Yamamoto, K. T., Matsunaga, S., Machida, C., Sasabe, M., and Machida, Y.
  • 雑誌名: The Plant Journal 巻: 101 ページ: 1118, 1134
  • DOI: 10.1111/tpj.14579
  • 査読あり
• [雑誌論文] Two combinatorial patterns of telomere histone marks in plants with canonical and non-canonical telomere repeats. (2020)
  • 著者名/発表者名: Adamusova, K., Khosravi, S., Fujimoto, S., Houben, A., Matsunaga, S., Fajkus, J. and Fojtova, M.
  • 雑誌名: The Plant Journal 巻: 102 ページ: 678, 687
  • DOI: 10.1111/tpj.14653
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Subnuclear gene positioning through lamina association affects copper tolerance. (2020)
  • 著者名/発表者名: Sakamoto, Y., Sato, M., Sato, Y., Harada, A., Suzuki, T., Goto, C., Tamura, K., Toyooka, K., Kimura, H., Ohkawa, Y., Hara-Nishimura, I., Takagi, S. and Matsunaga, S.
  • 雑誌名: Nature communications 巻: 11 ページ: 5914
  • DOI: 10.1038/s41467-020-19621-z
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Visualization of extracellular vesicles in the regenerating caudal fin blastema of zebrafish using in vivo electroporation. (2020)
  • 著者名/発表者名: Ohgo, S., Sakamoto, T., Nakajima,W., Matsunaga, S. and Wada, N.
  • 雑誌名: Biochemical and biophysical research communications 巻: 533 ページ: 1371, 1377
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2020.10.024
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mitotic Karyotype of the Primitive Red Alga Cyanidioschyzon merolae 10D (2020)
  • 著者名/発表者名: Kuroiwa, T., Yagisawa, F., Fujiwara, T., Inui, Y., Matsunaga, T. M., Kato, S., Matsunaga, S., Nagata, N., Imoto, Y. and Kuroiwa, H.
  • 雑誌名: CYTOLOGIA 巻: 85 ページ: 107, 113
  • DOI: 10.1508/cytologia.85.107
  • 査読あり
• [雑誌論文] Roles of BRAHMA and Its Interacting Partners in Plant Chromatin Remodeling (2020)
  • 著者名/発表者名: Nishioka, S., Sakamoto, T. and Matsunaga, S.
  • 雑誌名: CYTOLOGIA 巻: 85 ページ: 263, 267
  • DOI: 10.1508/cytologia.85.263
  • 査読あり
• [雑誌論文] エピジェネティック・プライミングによる植物再生制御 (2020)
  • 著者名/発表者名: 三浦理奈、松永幸大
  • 雑誌名: ケミカルエンジニヤリング 巻: 65 ページ: 405, 409
• [雑誌論文] 遺伝子発現変化を伴わない潜在的分子メカニズム“エピジェネティック・プライミング”による植物再生 (2020)
  • 著者名/発表者名: 松永幸大
  • 雑誌名: Plant Morphology 巻: 32 ページ: 53, 57
  • DOI: 10.5685/plmorphol.32.53
  • 査読あり
• [学会発表] シロイヌナズナの核膜孔複合体はセントロメア配置制御を行う (2021)
  • 著者名/発表者名: 伊藤 ななみ、坂本 卓也、坂本 勇貴、松永 幸大
  • 学会等名: 第62回日本植物生理学会
• [学会発表] γ線照射によるシュート再生能向上機構の解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 東海林朋佳、坂本勇貴、鈴木孝征、坂本卓也、松永幸大
  • 学会等名: 第62回日本植物生理学会
• [学会発表] 植物の再生能力の獲得に関与するエピジェネティック制御因子の機能解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 三浦理奈、坂本卓也、澁田未央、大矢恵代、稲垣宗一、鈴木穣、角谷徹二、松永幸大
  • 学会等名: 第62回日本植物生理学会
• [学会発表] 植物の核膜孔複合体はセントロメア配置制御を行う (2020)
  • 著者名/発表者名: 伊藤 ななみ、坂本 卓也、坂本 勇貴、松永 幸大
  • 学会等名: 第43回日本分子生物学会
• [備考] 松永研究室
  • URL: http://park.itc.u-tokyo.ac.jp/matsunaga_lab/
• [備考] 環境記憶
  • URL: https://www.rs.tus.ac.jp/plantmemory/
• [備考] クロマチン・ダイナミクスから植物の生きざまを知る
  • URL: https://interview.plant-resilience.jp/sachihiro_matsunaga/