Rif1タンパク質による複製、組換え、修復，転写などの包括的制御機構の解明

2015 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 26251004
• 研究機関: 公益財団法人東京都医学総合研究所
• 研究代表者: 正井 久雄 公益財団法人東京都医学総合研究所, ゲノム医科学研究分野, 副所長 (40229349)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• キーワード: 複製タイミング / クロマチンループ / 染色体高次構造 / 非相同末端結合 / 組換え修復 / ES細胞 / G4 DNA / Rif1タンパク質

研究実績の概要

Rif1は、進化的に保存されており、酵母とヒトにおいて複製タイミングの制御に必須な役割をはたす。精製されたRif1はG4DNAに特異的に結合する。Rif1は、C端29aaに依存してG4DNAに特異的に結合するとともに、多量体を形成する。また同時に複数のDNAに結合することができる。分裂酵母ではRif1結合部位の機能はG4構造の形成に依存する。ChIPSeqで決定したマウスのRif1結合部位の中にもG4構造を形成する配列が存在する。これらの生化学的性質からRif1はゲノム上のG4DNAに結合しクロマチンファイバーを束ねてループ構造を形成しそれが複製や転写の機能ドメインの形成に貢献する可能性を提唱した。
Rif1ノックアウトマウスの解析から下記が明らかになった。
1.　B細胞の抗体産生特に免疫グロブリンのクラススイッチ（CSR）再構成に必要とされる。これはRif1がNHEJ（非相同末端結合）に必要であるという細胞レベルでの機能を反映するものである。2.　Rif1KOマウスではMbにおよぶ巨大なクラスター領域の一群の遺伝子の発現が著しく上昇した。同様なクラスター遺伝子発現の脱制御はRif1をノックダウンしたES細胞でも観察された。
またマウスES細胞におけるRif1の機能解析から下記が明らかとなった。
1.　Rif1はES細胞の自己複製には必須ではないが、全能性の維持には必要とされる。また効率のよいリプログラミングにも必要とされる。2.　Rif1のノックダウンにより2細胞期特異的遺伝子群の発現の増加が観察される。3.　Rif1は、ES細胞から３つの系列への分化の際の遺伝子発現制御に重要な役割を果たす。

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

ノックアウトマウスやノックダウン細胞の解析から高等動物でのRif1の機能が明らかになってきた。また、当研究室で開発した動物細胞発現精製システムにより全長2500aaにおよぶRif1タンパク質やそのtruncation formの精製が可能となり生化学的解析が大きく進んだ。
また分裂酵母から得られた知見を元に、動物細胞においてもRif1とG4 DNAとの関連を詳細に解析するという方向性が得られた。

今後の研究の推進方策

高等動物における　Rif1による複製や転写の制御と　Rif1結合部位との関連を明らかにする。
さらにこれらの知見をもとに、Rif1は複製や転写（そして組換えや修復も）を、クロマチン構造の改変を通じて、協調的に制御する可能性を検討する。
Rif1のさらに詳細な解析を通じて、その機能ドメインおよびリン酸化による制御の機構を解明する。

備考

http://www.igakuken.or.jp/genome/

研究成果

• [雑誌論文] Characterization of conserved arginine residues on Cdt1 that affect licensing activity and interaction with Geminin or Mcm complex. (2016)
  • 著者名/発表者名: Zhiying You, Koji L. Ode, Haruhiko Takisawa, and *Hisao Masai
  • 雑誌名: Cell Cycle 巻: 3 ページ: TBA
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Fork restart protein, PriA, binds around oriC after depletion of nucleotide precursors: Replication fork arrest near the replication origin. (2016)
  • 著者名/発表者名: Tanaka T, Nishito Y, *Masai H.
  • 雑誌名: Biochem. Biophys. Res. Commun. 巻: 470 ページ: 546-551
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2016.01.108. Epub 2016 Jan 20.
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Epigenetic Regulation of the Blimp-1 Gene (Prdm1) in B Cells Involves Bach2 and Histone Deacetylase 3. (2016)
  • 著者名/発表者名: Tanaka H, Muto A, Shima H, Katoh Y, Sax N, Tajima S, Brydun A, Ikura T, Yoshizawa N, Masai H, Hoshikawa Y, Noda T, Nio M, Ochiai K, *Igarashi K.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 巻: 291 ページ: 6316-6330
  • DOI: 10.1074/jbc.M116.713842. Epub 2016 Jan 19.
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Phosphorylation of TAR DNA-binding Protein of 43 kDa (TDP-43) by Truncated Casein Kinase 1δ Triggers Mislocalization and Accumulation of TDP-43. (2016)
  • 著者名/発表者名: *Nonaka T, Suzuki G, Tanaka Y, Kametani F, Hirai S, Okado H, Miyashita T, Saitoe M, Akiyama H, Masai H, Hasegawa M.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 巻: 291 ページ: 5473-5483
  • DOI: 10.1074/jbc.M115.695379. Epub 2016 Jan 14.
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Claspin recruits Cdc7 kinase for initiation of DNA replication in human cells. (2016)
  • 著者名/発表者名: Chi-Chun Yang, Masahiro Suzuki, Shiori Yamakawa, Syuzi Uno, Ai Ishii, Satoshi Yamazaki, Rino Fukatsu, Ryo Fujisawa, Kenji Sakimura3, Toshiki Tsurimoto, *Hisao Masai
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: TBA ページ: TBA
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Rif1はグアニン４重鎖構造を介して染色体に結合し、広範囲に複製を抑制する (2016)
  • 著者名/発表者名: 加納 豊、松本 清治、正井 久雄
  • 雑誌名: 実験医学 巻: 34-no.3 ページ: 458-461
• [雑誌論文] CDC28 phosphorylates Cac1p and regulates the association of Chromatin Assembly Factor I with chromatin. (2015)
  • 著者名/発表者名: Jeffery, D., Kakusho, N., You, Z., Gharib, M., Wyse, B., Drury, E., Weinreich, M., Thibault, P. Verreault, A., Masai, H. and *Yankulov, K.
  • 雑誌名: Cell Cycle 巻: 14 ページ: 74-85
  • DOI: 10.4161/15384101.2014.973745.
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Definition of the transcription factor TdIF1 consensus binding sequence through genome-wide mapping of its binding sites. (2015)
  • 著者名/発表者名: Kotaro Koiwai, Takashi Kubota, Nobuhisa Watanabe, Katsutoshi Hori, Osamu Koiwai and *Hisao Masai
  • 雑誌名: Genes to Cells 巻: 20 ページ: 242-254
  • DOI: 10.1111/gtc.12216. Epub 2015 Jan 26.
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] The DNA-Binding Domain of S. pombe Mrc1 (Claspin) Acts to Enhance Stalling at Replication Barriers. (2015)
  • 著者名/発表者名: Zech, J., Godfrey, E.L., Masai, H., Hartsuiker, E. and *Dalgaard, J.Z.
  • 雑誌名: PLoS One 巻: 10 ページ: e0132595
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0132595. eCollection 2015.
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] BTB-ZF Protein Znf131 Regulates Cell Growth of Developing and Mature T Cells. (2015)
  • 著者名/発表者名: Iguchi, T., Aoki, K., Ikawa, T., Taoka, M., Taya, C., Yoshitani, H., Toma-Hirano, M., Koiwai, O., Isobe, T., Kawamoto, H., Masai, H. and *Miyatake, S.
  • 雑誌名: J. Immunol. 巻: 195 ページ: 982-993
  • DOI: 10.4049/jimmunol.1500602. Epub 2015 Jul 1.
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Rif1 binds to G-quadruplexes and suppresses replication over long distances. (2015)
  • 著者名/発表者名: Yutaka Kanoh, Seiji Matsumoto, Rino Fukatsu, Naoko Kakusho, Nobuaki Kono, Claire Renard-Guillet, Koji Masuda, Keisuke Iida, Kazuo Nagasawa, Katsuhiko Shirahige, and *Hisao Masai
  • 雑誌名: Nature Struct. Mol. Biol. 巻: 22 ページ: 889-897
  • DOI: 10.1038/nsmb.3102. Epub 2015 Oct 5.
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Building up the machinery for DNA replication. (2015)
  • 著者名/発表者名: *Masai, H.
  • 雑誌名: Cell Cycle 巻: 14 ページ: 3011-3012
  • DOI: 10.1080/15384101.2015.1084195.
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Rif1はグアニン4重鎖構造を形成するDNAを介して染色体へ結合し複製の開始を広範囲にわたり抑制する (2015)
  • 著者名/発表者名: 加納 豊・松本清治・正井久雄
  • 雑誌名: ライフサイエンス 新着論文レビュー 巻: - ページ: -
  • DOI: 10.7875/first.author.2015.127
  • オープンアクセス
• [学会発表] Interaction with G-quadruplex structures forms a basis for Rif1-mediated regulation of DNA replication, transcription and chromatin architecture (2015)
  • 著者名/発表者名: 正井 久雄、加納 豊、松本 清治、覺正 直子、深津 理乃、森山 賢治、河野 暢明、飯田 啓介、長澤 和夫、増田 晃士、Claire Renard-Guillet、白髭 克彦、山崎 聡志、吉沢 直子
  • 学会等名: BMB2015
  • 発表場所: 神戸国際会議場（兵庫県神戸市）
  • 年月日: 2015-12-01 – 2015-12-04
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Roles of G-quadruplex structures in regulation of DNA replication. (2015)
  • 著者名/発表者名: Hisao Masai, Yutaka Kanoh, Taku Tanaka, Kenji Moriyama, Yumika Seki, Seiji Matsumoto, Rino Fukatsu, Naoko Kakusho, Satoshi Yamazaki, Yumeka Matsushima, Naoko Yoshizawa, Keisuke Iida, Kazuo Nagasawa
  • 学会等名: Cold Spring Harbor Meeting EUKARYOTIC DNA REPLICATION & GENOME MAINTENANCE
  • 発表場所: Cold Spring Harbor, New York,USA
  • 年月日: 2015-09-01 – 2015-09-05
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Interaction of Rif1 and G-quadruplex forms a basis of Rif1-mediated chromatin regulation. (2015)
  • 著者名/発表者名: Hisao Masai, Rino Fukatsu, Naoko Kakusho, Yutaka Kanoh, Kenji Moriyama
  • 学会等名: The 8th international fission yeast meeting (Pombe2015)
  • 発表場所: 神戸国際会議場（兵庫県神戸市）
  • 年月日: 2015-06-21 – 2015-06-25
  • 国際学会 / 招待講演
• [図書] The Initiation of DNA Replication in Eukaryotes "Rif1, a conserved chromatin factor regulating DNA replication, DNA repair and transcription." (2015)
  • 著者名/発表者名: Naoko Yoshizawa, Satoshi Yamazaki, and *Hisao Masai
  • 総ページ数: 623
  • 出版者: Springer
• [図書] DNA Replication, Recombination, and Repair "DNA Replication Timing: Temporal and Spatial Regulation of Eukaryotic DNA Replication." (2015)
  • 著者名/発表者名: Hayano, M., Matsumoto, S. and *Masai, H.
  • 総ページ数: 555
  • 出版者: Springer