ヒストンシャペロンによるクロマチンのダイナミック制御

2013 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 25291001
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 永田 恭介 筑波大学, 学長 (40180492)
• 研究分担者: 奥脇 暢 筑波大学, 医学医療系, 准教授 (50322699)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• キーワード: 遺伝子 / ウイルス / ゲノム / 発生・分化 / クロマチン

研究概要

TAF-IがヒストンH1のクロマチン結合量の制御を介して、インターフェロン誘導性遺伝子の転写制御に関わることを明らかとした（論文投稿中）。またN末端領域の数十アミノ酸のみが異なる2つのサブタイプであるTAF-IαとTAF-Iβの機能について比較解析したところ、TAF-Iβはαに比べて高いヒストンH1シャペロン活性を示した。TAF-Iαとβの発現量を調節することで、ヒストンH1を介して組織特異的に転写が制御されている可能性が考えられる。TAF-I KOマウスは重度な貧血と未熟な血管形成を示し、胎生12.5日目までに致死であった。cDNAマイクロアレイを用いて遺伝子発現パターンを網羅的解析したところ、TAF-I KO胚では低酸素応答遺伝子群や解糖系に関連する遺伝子群の発現量が増加していることが明らかとなった。またTAF-I以外のヒストンH1結合タンパク質についても解析を進め、Cullin4-DDB1 E3ユビキチンリガーゼ複合体の構成因子であるVprBPが、DNA損傷により誘導されるヒストンH1のユビキチン化を介して相同組換え修復関連遺伝子の転写活性化に関わる可能性が示唆された。アデノウイルスの感染後期におけるウイルスクロマチン上へのProtein VIIの配置機構とTAF-Iの機能について解析を行った結果、TAF-Iとは異なる細胞性因子がTAF-Iとは独立してProtein VIIと複合体を形成しウイルスゲノム上への配置に関与している可能性が示唆された。また、これまで感染後期においてウイルスクロマチン構造はヒストンの配置された細胞型からProtein VIIの結合したウイルス粒子型に変換されると考えられてきたが、新規合成されたウイルスDNAにヒストンが結合する前にProtein VIIの配置が行われるという新たな経路の可能性が示唆された（投稿準備中）。

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

本年度はクロマチン構造変換に基づく遺伝子制御機構（実験計画３）について、TAF-IがヒストンH1の制御を介してインターフェロン誘導性遺伝子の転写に関わる事を明らかとした。また、TAF-IαとβのヒストンH1シャペロン活性の差異を生み出す分子メカニズムを明らかとした。以上はTAF-Iによる遺伝子特異的な転写制御機構を解明する上での基盤情報となる重要な成果であり、達成度としては十分であると考える。またTAF-Iαとβの機能的差異に関する実験成果は、精子クロマチンの細胞型クロマチンへの変換機構（実験計画２）においても重要な意義を持つものであり、これについてもある程度の進捗を見たと考えている。さらにヒストンH1のユビキチン化による新規の転写制御機構が存在する可能性も得ており、今後TAF-Iとの協調作用機構という点にも着目した解析へ発展できると考えている。
アデノウイルスについては、感染後期におけるウイルスクロマチン上へのProtein VIIの配置機構とTAF-Iの機能について解析を行い、TAF-Iとは異なる細胞性因子がTAF-Iとは独立してProtein VIIと複合体を形成しウイルスゲノム上への配置に関与している可能性と、新規合成されたウイルスDNAにヒストンが結合する前にProtein VIIの配置が行われるという新たな経路の可能性を得ており、進捗状況は十分である。
TAF-IのKOマウスを用いた生理機能解析（実験計画1）については、KOマウスの胎生致死表現型の原因について、マイクロアレイ解析からTAF-I KO胚では低酸素応答遺伝子群や解糖系に関連する遺伝子群の発現量が増加していることを明らかとしており、ある程度の進捗を見たと考えている。

今後の研究の推進方策

（１）KOマウスを用いた生理機能解析： TAF-I KO胚では血液血管形成に異常を示すものの、血液血管関連遺伝子の発現量は野生型胚に比較して上昇していた。この点を明らかにするため、TAF-I KO 胚からES細胞を構築し、解析系を培養細胞に移す。初期胚発生を模したembryoid body（胚様体）形成により、TAF-Iの細胞分化過程における機能を明らかにする。細胞分化にともなう網羅的遺伝子発現パターン、およびクロマチン構造変化の解析とともに、TAF-I変異体を用いたレスキュー実験を行い、TAF-Iのゲノム機能調節因子としての機能を明らかにする。
（２）精子クロマチンの細胞型クロマチンへの変換機構：マウス受精卵においてTAF-Iの機能阻害あるいは発現抑制をする実験系を確立するため、①第一減数分裂前期の卵子へのTAF-IのmRNAに対するアンチセンスオリゴ、あるいはsiRNAのインジェクションと胚発生の観察、②Cre-loxP系を用いたTAF-Iの生殖細胞特異的コンディショナルKOマウスの作製、③TAF-Iの精子核脱凝集活性を阻害する抗体の未受精卵（第二減数分裂中期）へのインジェクションによる効果の検定の３つの実験を行う。
（３）クロマチン構造変換に基づく遺伝子制御機構：TAF-IのヒストンH1シャペロン活性依存的に転写制御を受ける遺伝子をマイクロアレイにより解析し、インターフェロン誘導性遺伝子と同様の分子メカニズムで制御される遺伝子群を明らかにする。また、アデノウイルスの感染後期におけるクロマチン構造形成に関与することが示唆された新規複合体について、感染細胞から単離した後に生化学的な機能解析を行うとともに、この複合体がTAF-I-Protein VII複合体とどのように機能分担（あるいは連携）が行われているのかを培養細胞レベルおよび試験管内反応系で並行して解析を行う。

研究成果

• [雑誌論文] Long Noncoding RNA NEAT1-Dependent SFPQ Relocation from Promoter Region to Paraspeckle Mediates IL8 Expression upon Immune Stimuli (2014)
  • 著者名/発表者名: Imamura K, Imamachi N, Akizuki G, Kumakura M, Kawaguchi A, Nagata K, Kato A, Kawaguchi Y, Sato H, Yoneda M, Kai C, Yada T, Suzuki Y, Yamada T, Ozawa T, Kaneki K, Inoue T, Kobayashi M, Kodama T, Wada Y, Sekimizu K, Akimitsu N
  • 雑誌名: Mol Cell 巻: 53 ページ: 393～406
  • DOI: 10.1016/j.molcel.2014.01.009.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Involvement of the N-terminal portion of influenza virus RNA polymerase subunit PB1 in nucleotide recognition (2014)
  • 著者名/発表者名: Binh NT, Wakai C, Kawaguchi A, Nagata K
  • 雑誌名: Biochem. Biophys. Res. Commun 巻: 443 ページ: 975～979
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2013.12.071.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Upstream binding factor-dependent and pre-rRNA transcription-independent association of pre-rRNA processing factors with rRNA gene (2014)
  • 著者名/発表者名: Ueshima S, Nagata K, Okuwaki M
  • 雑誌名: Biochem. Biophys. Res. Commun 巻: 443 ページ: 22～27
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2013.11.039.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Intrinsically disordered regions of nucleophosmin/B23 regulate its RNA binding activity through their inter- and intra-molecular association (2014)
  • 著者名/発表者名: Hisaoka M, Nagata K, Okuwaki M
  • 雑誌名: Nucleic Acids Res. 巻: 42 ページ: 1180～1195
  • DOI: 10.1093/nar/gkt897.
  • 査読あり
• [雑誌論文] DNA replication-dependent binding of CTCF plays a critical role in adenovirus genome functions (2013)
  • 著者名/発表者名: Tetsuro Komatsu, Takeshi Sekiya, Kyosuke Nagata
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 3 ページ: －
  • DOI: 10.1038/srep02187
  • 査読あり
• [雑誌論文] The N-terminal region of influenza virus polymerase PB1 adjacent to the PA binding site is involved in replication but not transcription of the viral genome (2013)
  • 著者名/発表者名: Binh NT, Wakai C, Kawaguchi A, Nagata K
  • 雑誌名: Front. Microbiol 巻: 4 ページ: 398
  • DOI: 10.3389/fmicb.2013.00398.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Anti-influenza virus activity of Ginkgo biloba leaf extracts (2013)
  • 著者名/発表者名: Haruyama T, Nagata K
  • 雑誌名: J. Nat. Med 巻: 67 ページ: 636～642
  • DOI: 10.1007/s11418-012-0725-0.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Identification of a novel and unique transcription factor in the intraerythrocytic stage of Plasmodium falciparum (2013)
  • 著者名/発表者名: Komaki-Yasuda K, Okuwaki M, Nagata K, Kawazu S, Kano S
  • 雑誌名: PLoS One 巻: 8 ページ: －
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0074701.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Antagonistic activities of the immunomodulator and PP2A-activating drug FTY720 (Fingolimod, Gilenya) in Jak2-driven hematologic malignancies (2013)
  • 著者名/発表者名: Oaks JJ, Santhanam R, Walker CJ, Roof S, Harb JG, Ferenchak G, Eisfeld AK, Van Brocklyn JR, Briesewitz R, Saddoughi SA, Nagata K, Bittman R, Caligiuri MA, Abdel-Wahab O, Levine R, Arlinghaus RB, Quintas-Cardama A, Goldman JM, Apperley J, Reid A, Milojkovic D, Ziolo MT, Marcucci G, Ogretmen B, Neviani P, Perrotti D
  • 雑誌名: Blood 巻: 122 ページ: 1923～1934
  • DOI: 10.1182/blood-2013-03-492181.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Crystallization and preliminary crystallographic analysis of an Escherichia coli-selected mutant of the nuclease domain of the metallonuclease colicin E7 (2013)
  • 著者名/発表者名: Czene A, Tóth E, Gyurcsik B, Otten H, Poulsen JC, Lo Leggio L, Larsen S, Christensen HE, Nagata K
  • 雑誌名: Acta Crystallogr. Sect. F. Struct. Biol. Cryst. Commun 巻: 69 ページ: 551～554
  • DOI: 10.1107/S1744309113008233.
  • 査読あり
• [雑誌論文] The role of the N-terminal loop in the function of the colicin E7 nuclease domain (2013)
  • 著者名/発表者名: Czene A, Németh E, Zóka IG, Jakab-Simon NI, Körtvélyesi T, Nagata K, Christensen HE, Gyurcsik B
  • 雑誌名: J. Biol. Inorg. Chem 巻: 18 ページ: 309～321
  • DOI: 10.1007/s00775-013-0975-7.
  • 査読あり
• [学会発表] Involvement of histone H1 ubiquitination in post-replicative chromatin maintenance (2014)
  • 著者名/発表者名: Kato K, Nagata K
  • 学会等名: The 13th Asian Conference on Transcription
  • 発表場所: メルボルン大学（メルボルン市・オーストラリア）
  • 年月日: 20140219-20140222
• [学会発表] Overcoming the species-specific barrier in the rRNA gene transcription by reconstitution of complete SL1 complex (2014)
  • 著者名/発表者名: Murano K, Nagata K
  • 学会等名: The 13th Asian Conference on Transcription
  • 発表場所: メルボルン大学（メルボルン市・オーストラリア）
  • 年月日: 20140219-20140222
• [学会発表] リンカーヒストンH1シャペロンTAF-IによるIFN誘導性遺伝子の転写抑制制御機構 (2014)
  • 著者名/発表者名: 門田伸一、永田恭介
  • 学会等名: 冬の若手ワークショップ2014
  • 発表場所: 舌切りの宿 雀磯部ガーデン（群馬県安中市）
  • 年月日: 20140130-20140201
• [学会発表] ポリコーム複合体因子であるEZH2はインフルエンザウイルスタンパク質M1およびインフルエンザウイルスゲノムの核外輸送を制御する (2013)
  • 著者名/発表者名: 浅賀正充、川口敦史、永田恭介
  • 学会等名: 第36回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: 神戸ポートアイランド（兵庫県神戸市
  • 年月日: 20131203-20131206
• [学会発表] M期リン酸化によるCTCFのDNA結合活性制御の解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 関屋健史、村野健作、永田恭介
  • 学会等名: 第36回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: 神戸ポートアイランド（兵庫県神戸市
  • 年月日: 20131203-20131206
• [学会発表] ヒストンシャペロンによるリンカーンヒストンH1バリアントの機能制御機構 (2013)
  • 著者名/発表者名: 阿部真弓、久岡美晴、永田恭介
  • 学会等名: 第36回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: 神戸ポートアイランド（兵庫県神戸市
  • 年月日: 20131203-20131206
• [学会発表] rRNA遺伝子の種特異的転写機構の解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 村野健作、永田恭介
  • 学会等名: 第36回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: 神戸ポートアイランド（兵庫県神戸市
  • 年月日: 20131203-20131206
• [学会発表] Analysis of RNAi-mediated heterochromatinization during meiosis in C. elegans (2013)
  • 著者名/発表者名: Tabara H, Mitani S, Nagata K
  • 学会等名: 第36回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: 神戸ポートアイランド（兵庫県神戸市
  • 年月日: 20131203-20131206
• [学会発表] ユビキチン化によるヒストンH1の機能制御 (2013)
  • 著者名/発表者名: 加藤広介、永田恭介
  • 学会等名: 第31回染色体ワークショップ・第12回核ダイナミクス研究会
  • 発表場所: ホテルおかだ（神奈川県箱根町）
  • 年月日: 20131125-20131127
• [学会発表] TAF-Iによるヒストンシャペロン活性を介したインターフェロン誘導性遺伝子転写制御 (2013)
  • 著者名/発表者名: 門田伸一、永田恭介
  • 学会等名: 第31回染色体ワークショップ・第12回核ダイナミクス研究会
  • 発表場所: ホテルおかだ（神奈川県箱根町）
  • 年月日: 20131125-20131127
• [学会発表] 核小体構造維持におけるNucleophosmin/B23の機能 (2013)
  • 著者名/発表者名: 奥脇暢
  • 学会等名: 第31回染色体ワークショップ・第12回核ダイナミクス研究会
  • 発表場所: ホテルおかだ（神奈川県箱根町）
  • 年月日: 20131125-20131127
• [学会発表] インフルエンザポリメラーゼ遺伝子間の適合性 (2013)
  • 著者名/発表者名: 原田芳美、川口敦史、永田恭介
  • 学会等名: 第61回日本ウイルス学会学術集会
  • 発表場所: 神戸国際会議場（兵庫県神戸市）
  • 年月日: 20131110-20131112
• [学会発表] インフルエンザウイルスゲノムの細胞内輸送機構におけるNS1の新規機能 (2013)
  • 著者名/発表者名: 長利卓、川口敦史、永田恭介
  • 学会等名: 第61回日本ウイルス学会学術集会
  • 発表場所: 神戸国際会議場（兵庫県神戸市）
  • 年月日: 20131110-20131112
• [学会発表] インフルエンザウイルス増殖にかかわる細胞骨格関連因子 (2013)
  • 著者名/発表者名: 熊倉充子、永田恭介
  • 学会等名: 第61回日本ウイルス学会学術集会
  • 発表場所: 神戸国際会議場（兵庫県神戸市）
  • 年月日: 20131110-20131112
• [学会発表] インフルエンザウイルスにおけるNA非依存的cell-to-cell感染機構 (2013)
  • 著者名/発表者名: 森幸太郎、春山貴弘、永田恭介
  • 学会等名: 第61回日本ウイルス学会学術集会
  • 発表場所: 神戸国際会議場（兵庫県神戸市）
  • 年月日: 20131110-20131112
• [学会発表] インフルエンザウイルス感染に応答した宿主因子YB-1による中心体の機能制御 (2013)
  • 著者名/発表者名: 川口敦史、永田恭介
  • 学会等名: 第61回日本ウイルス学会学術集会
  • 発表場所: 神戸国際会議場（兵庫県神戸市）
  • 年月日: 20131110-20131112
• [学会発表] Fine tuning of the allosteric activation in the nuclease domain of colicin E7 (2013)
  • 著者名/発表者名: Bela Gyurcsik, Eszter Németh, Peter W. Thulstrup, Milan Kožīšek, Hans E.M. Christensen, Kyosuke Nagata
  • 学会等名: Leading Graduate Schools International Conference (Tsukuba Global Science Week)
  • 発表場所: つくば国際会議場（茨城県つくば市）
  • 年月日: 20131002-20131004
• [学会発表] TAF-I regulates the transcription of interferon-stimulated genes through its histone chaperone activity (2013)
  • 著者名/発表者名: Kadota S, Nagata K
  • 学会等名: Leading Graduate Schools International Conference (Tsukuba Global Science Week)
  • 発表場所: つくば国際会議場（茨城県つくば市）
  • 年月日: 20131002-20131004
• [学会発表] Functions of RNA polymerase I transcription factor UBF in nucleolar formation (2013)
  • 著者名/発表者名: Ueshima S, Nagata K, Okuwaki M
  • 学会等名: Leading Graduate Schools International Conference (Tsukuba Global Science Week)
  • 発表場所: 国際会議場（茨城県つくば市）
  • 年月日: 20131002-20131004
• [学会発表] DNA-binding Activity of CTCF, an Insulator Protein Regulated by Phosphorylation in Mitosis (2013)
  • 著者名/発表者名: Sekiya T, Murano K, Nagata K
  • 学会等名: Leading Graduate Schools International Conference (Tsukuba Global Science Week)
  • 発表場所: 国際会議場（茨城県つくば市）
  • 年月日: 20131002-20131004
• [学会発表] EZH2, component of polycomb complex, regulates nuclear export of the influenza virus M1 and the viral genome (2013)
  • 著者名/発表者名: Asaka MN, Kawaguchi A, Nagata K
  • 学会等名: Leading Graduate Schools International Conference (Tsukuba Global Science Week)
  • 発表場所: 国際会議場（茨城県つくば市）
  • 年月日: 20131002-20131004
• [学会発表] In cellulo analysis of parvovirus-mediated changes of nuclear envelope integrity by real time microscopy (2013)
  • 著者名/発表者名: Kenza Snoussi, Kawaguchi A, Kato K, Harald Wodrich, Nagata K, Michael Kann
  • 学会等名: Leading Graduate Schools International Conference (Tsukuba Global Science Week)
  • 発表場所: 国際会議場（茨城県つくば市）
  • 年月日: 20131002-20131004
• [学会発表] Host factor-dependent RNA replication of the influenza virus genome (2013)
  • 著者名/発表者名: 永田恭介
  • 学会等名: The 12th Awaji International Forum on Infection and Immunity
  • 発表場所: 淡路夢舞台国際会議場（兵庫県淡路市）
  • 年月日: 20130910-20130913
• [学会発表] Tamiflu resistant cell-to-cell transmission of cell associated influenza virus (2013)
  • 著者名/発表者名: 森幸太郎、春山貴弘、永田恭介
  • 学会等名: The 12th Awaji International Forum on Infection and Immunity
  • 発表場所: 淡路夢舞台国際会議場（兵庫県淡路市）
  • 年月日: 20130910-20130913
• [学会発表] インフルエンザウイルスゲノムの機能発現機構と創薬展開 (2013)
  • 著者名/発表者名: 永田恭介
  • 学会等名: 第66回日本細菌学会九州支部総会・第50回日本ウイルス学会九州支部総会
  • 発表場所: 長崎市
  • 年月日: 20130906-20130907
• [学会発表] Effect of nucleoporin-related fusion proteins found in leukemia on NF-κB pathway
  • 著者名/発表者名: Cigdem Sadik、 齋藤祥子、 永田恭介
  • 学会等名: 平成25年度日本生化学会関東支部例会
  • 発表場所: 山梨大（山梨県甲府市）
• [学会発表] ウイルスポリメラーゼによって規定されるトリインフルエンザウイルスの哺乳類細胞への適応機構
  • 著者名/発表者名: 原田芳美、 川口敦史、 永田恭介
  • 学会等名: 平成25年度日本生化学会関東支部例会
  • 発表場所: 山梨大（山梨県甲府市）
• [学会発表] インフルエンザウイルスゲノムの複製機構に基盤をおいた創薬
  • 著者名/発表者名: 永田恭介
  • 学会等名: 第42回ヒューマンサイエンス総合研究セミナー
  • 発表場所: 東京