プロモータ領域のメチル化を利用した遺伝子発現制御の進化的な獲得

2014 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 23770273
• 研究機関: 独立行政法人国立成育医療研究センター
• 研究代表者: 岡村 浩司 独立行政法人国立成育医療研究センター, システム発生・再生医学研究部, 室長 (80456194)
• 研究期間 (年度): 2011-04-28 – 2015-03-31
• キーワード: DNAメチル化 / エピジェネティクス / 遺伝子発現 / 原索動物 / 転写開始点 / プロモータ / CpGアイランド

研究実績の概要

ゲノムDNAのメチル化がエピジェネティクスの一翼として遺伝子発現制御に重要な役割を果たしていることはよく知られているが、このことは動物に限れば哺乳類において詳しく研究されてきたに過ぎず、魚類を含めた脊椎動物全般にまでおおよそ当てはまることが確認されているものの、ホヤやウニなどの無脊椎動物においては状況がかなり異なる。ヒトでは全ゲノム中の約70%のCpGサイトはメチル化を受けており、他の脊椎動物もそれに近いグローバルなDNAメチル化を受ける。一方、例えばカタユウレイボヤでは、全ゲノムの約半分に相当する領域がメチル化を受けており、しかも、複数の遺伝子を含む数kbから数百kbにおよぶ比較的長いメチル化、非メチル化領域が交互に混在することが示されている。このメチル化パターンは、よく知られたヒトゲノムとは大きく異なり、発現制御との関わりは明確になっておらず、また、真菌など単純な真核生物でも示されているトランスポゾンの抑制機能でさえ、ホヤにおいては疑問視されている。脊椎動物の原始的な特徴を残す無顎類に加え、原索動物、棘皮動物を用いた広範囲なメチル化解析から、脊椎動物と無脊椎動物の間に大きな違いがあることが分かつており、DNAメチル化を利用した巧妙な遺伝子発現制御は、進化上、脊椎動物が誕生したごく初期に起こったグローバルなメチル化パターンの変化とともに獲得されたと考えるのが自然である。本研究ではこの経緯を探ることを目的とし、脊椎動物および無脊椎動物の境界付近に位置するカワヤツメおよびカタユウレイボヤを用いてRNA-seqを利用した網羅的な転写開始点決定を行った。参照配列が存在しないカワヤツメについては独自にゲノム配列決定も行い、転写開始点下流に限らず上流の配列も取得し、両種におけるプロモータ配列の構造的な相違を明らかにした。

備考

ゲノムアセンブラのプログラムを開発し、公開した。

研究成果

• [雑誌論文] Complete genome sequence of the mitochondrial DNA of the river lamprey, Lethenteron japonicum (2015)
  • 著者名/発表者名: Kawai YL, Yura K, Shindo M, Kusakabe R, Hayashi K, Hata K, Nakabayashi K, Okamura K
  • 雑誌名: Mitochondrial DNA 巻: ? ページ: ?
  • DOI: 10.3109/19401736.2013.861432
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] DNA methylation analysis of human myoblasts during in vitro myogenic differentiation: de novo methylation of promoters of muscle-related genes and its involvement in transcriptional down-regulation (2015)
  • 著者名/発表者名: Miyata K, Miyata T, Nakabayashi K, Okamura K, Naito M, Kawai T, Takada S, Kato K, Miyamoto S, Hata K, Asahara H
  • 雑誌名: Hum. Mol. Genet. 巻: 24 ページ: 410-423
  • DOI: 10.1093/hmg/ddu457
  • 査読あり
• [雑誌論文] Complete genome sequence of the mitochondrial DNA of the sparkling enope squid, Watasenia scintillans (2015)
  • 著者名/発表者名: Hayashi K, Kawai YL, Yura K, Yoshida MA, Ogura A, Hata K, Nakabayashi K, Okamura K
  • 雑誌名: Mitochondrial DNA 巻: ? ページ: ?
  • DOI: 10.3109/19401736.2014.971251
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Genome-wide parent-of-origin DNA methylation analysis reveals the intricacies of the human imprintome and suggests a germline methylation independent establishment of imprinting (2014)
  • 著者名/発表者名: Court F, Tayama C, Romanelli V, Martin-Trujillo A, Iglesias-Platas I, Okamura K, Sugahara N, Simón C, Moore H, Harness JV, Keirstead H, Sanchez-Mut JV, Kaneki E, Lapunzina P, Soejima H, Wake N, Esteller M, Ogata T, Hata K, Nakabayashi K, Monk D
  • 雑誌名: Genome Res. 巻: 24 ページ: 554-569
  • DOI: 10.1101/gr.164913.113
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Compilation of copy number variants identified in phenotypically normal and parous Japanese women (2014)
  • 著者名/発表者名: Migita O, Maehara K, Kamura H, Miyakoshi K, Tanaka M, Morokuma S, Fukushima K, Shimamoto T, Saito S, Sago H, Nishihama K, Abe K, Nakabayashi K, Umezawa A, Okamura K, Hata K
  • 雑誌名: J. Hum. Genet. 巻: 59 ページ: 326-331
  • DOI: 10.1038/jhg.2014.27
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Ataxia telangiectasia derived iPS cells show preserved x-ray sensitivity and decreased chromosomal instability (2014)
  • 著者名/発表者名: Fukawatase Y, Toyoda M, Okamura K, Nakamura K, Nakabayashi K, Takada S, Yamazaki-Inoue M, Masuda A, Nasu M, Hata K, Hanaoka K, Higuchi A, Takubo K, Umezawa A
  • 雑誌名: Sci. Rep. 巻: 4 ページ: 5421
  • DOI: 10.1038/srep05421
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 変化点検出は単塩基解像度のDNAメチロームデータに基づくゲノムのドメイン分割に有効である (2014)
  • 著者名/発表者名: 横山 貴央, 三浦 史仁, 岡村 浩司, 伊藤 隆司
  • 学会等名: 第37回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: パシフィコ横浜
  • 年月日: 2014-11-27 – 2014-11-27
• [学会発表] ヒト老化細胞を利用したエピゲノム解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 榊 みずほ, 老原 侑子, 岡村 浩司, 中林 一彦, 秦 健一郎, 小林 芳郎, 前原 佳代子
  • 学会等名: 第37回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: パシフィコ横浜
  • 年月日: 2014-11-27 – 2014-11-27
• [学会発表] 塩基配列伸長アセンブラの開発およびマウス3系統のミトコンドリアゲノム配列の完全決定 (2014)
  • 著者名/発表者名: 林 恵子, 秦 健一郎, 中林 一彦, 岡村 浩司
  • 学会等名: 第37回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: パシフィコ横浜
  • 年月日: 2014-11-25 – 2014-11-25
• [学会発表] 遺伝子治療のための迅速で網羅的な染色体挿入部位同定法の開発 (2014)
  • 著者名/発表者名: 岡村 浩司, 河合 利尚, 林 恵子, 秦 健一郎, 小野寺 雅史, 中林 一彦
  • 学会等名: 第37回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: パシフィコ横浜
  • 年月日: 2014-11-25 – 2014-11-25
• [学会発表] マウス初期発生過程における細胞種特異的なクロマチン高次構造の解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 冨川 順子, 岡村 浩司, 林 恵子, 阿久津 英憲, 田中 智, 秦 健一郎, 中林 一彦
  • 学会等名: 第37回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: パシフィコ横浜
  • 年月日: 2014-11-25 – 2014-11-25
• [学会発表] 原因不明胎児異常例におけるエクソーム解析の可能性 (2014)
  • 著者名/発表者名: 谷垣 伸治, 右田 王介, 岡村 浩司, 秦 ひろか, 漆山 大知, 佐々木 かりん, 中林 一彦, 左合 治彦, 秦 健一郎
  • 学会等名: 日本人類遺伝学会第59回大会
  • 発表場所: タワーホール船堀
  • 年月日: 2014-11-20 – 2014-11-20
• [学会発表] Copy number variants identified in Japanese women (2014)
  • 著者名/発表者名: Ohsuke Migita, Kayoko Maehara, Kazuhiko Nakabayashi, Kohji Okamura, and Kenichiro Hata
  • 学会等名: The 64th Annual Meeting of the American Society of Human Genetics
  • 発表場所: San Diego Convention Center, San Diego, U. S.
  • 年月日: 2014-10-20 – 2014-10-20
• [学会発表] A comprehensive correlation analysis of all human genes and miRNAs using tissue samples (2014)
  • 著者名/発表者名: Kohji Okamura, Arisa Igarashi, Kazue Takeda, Nobutaka Kiyokawa, and Kenji Matsumoto
  • 学会等名: Regulatory & Non-Coding RNAs
  • 発表場所: Cold Spring Harbor Laboratory, New York, U. S.
  • 年月日: 2014-08-28 – 2014-08-28
• [学会発表] Hi-C法による細胞種特異的なクロマチン高次構造解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 冨川 順子, 前原 一満, 岡村 浩司, 林 恵子, 阿久津 英憲, 田中 智, 大川 恭行, 秦 健一郎, 中林 一彦
  • 学会等名: 第8回日本エピジェネティクス研究会年会
  • 発表場所: 伊藤国際学術研究センター
  • 年月日: 2014-05-27 – 2014-05-27
• [備考] GrepWalk ― extention-based genome assembler
  • URL: http://epigenetics.nrichd.ncchd.go.jp/grepwalk/