多機能抗体を用いたエピジェネティクス操作によるヒストン修飾の意義の解明

2015 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 26291071
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 木村 宏 東京工業大学, 生命理工学研究科, 教授 (30241392)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• キーワード: 染色体 / クロマチン / 遺伝子発現制御 / ゲノム / エピジェネティクス

研究実績の概要

本研究は、修飾ヒストン特異的抗体や様々な機能を付加した一本鎖可変領域抗体を細胞に導入することで、個々のヒストン修飾を標的とした解析を行い、遺伝子発現とクロマチン制御におけるヒストン修飾の意義について理解することを目的として行っている。
昨年度の研究で、ヒストンH3のリン酸化抗体を導入すると染色体分配に異常が見られることが分かった。本年度は、抗原結合断片（Fab）等を用いてこの要因について詳細に検討した結果、この染色体分配異常は抗体がリン酸化部位をブロックしたことによるものではなく、姉妹染色体間の結合を媒介することで不分離を促進した可能性が高いことが示唆された。そこで、阻害実験ではなく、抗体を用いた免疫沈降により、リン酸化H3を持つクロマチンに結合する蛋白質の探索を行った。その結果、いくつかの未解析蛋白質が同定されたため、それらの機能について解析を進めている。
また、モノメチル化H4K20（H4K20me1）に特異的な抗体を細胞に導入したところ、細胞周期の長さや他の修飾に変化が見られたため、その要因についての解析を進めている。一方、H4k20me1特異的mintbody（modification-specific intracellular antibody）や他の特異的クロマチン結合プローブに転写活性化ドメインや転写抑制ドメインを付加したコンストラクトを作製し、細胞に発現させてその影響についても検討中である。今後、これらの人工プローブを用いたエピゲノム修飾の改変による細胞機能への影響について解析していく予定である。

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

昨年度の遅れを取り戻したものの、リン酸化抗体を用いた機能阻害の系は予想外の問題が生じたため、他のアプローチも行った。その結果、いくつか興味深い知見も得られている。

今後の研究の推進方策

さらに多数のヒストン修飾抗体を用いた解析と人工プローブ作製による解析を行っていくことで、目標を達成したいと考えている。

次年度使用額が生じた理由

研究員の雇用が比較的短期だったため、人件費に余裕が生じた。その分を消耗品として使用したが、次年度の比較的大規模な実験に備えて次年度使用額分を残した。

次年度使用額の使用計画

高価なトランスフェクション試薬や細胞培養関連試薬を大量に購入して、比較的大規模な実験を行い、研究の遂行を促進する予定である。

研究成果

• [国際共同研究] University of Edinbrough(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: University of Edinbrough
• [国際共同研究] Max Delbruck Center(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: Max Delbruck Center
• [雑誌論文] Histone H4 lysine 20 acetylation is associated with gene repression in human cells. (2016)
  • 著者名/発表者名: Kaimori JY, Maehara K, Hayashi-Takanaka Y, Harada A, Fukuda M, Yamamoto S, Ichimaru N, Umehara T, Yokoyama S, Matsuda R, Ikura T, Nagao K, Obuse C, Nozaki N, Takahara S, Takao T, Ohkawa Y, Kimura H, Isaka Y
  • 雑誌名: Sci Rep 巻: 6 ページ: 24318
  • DOI: 10.1038/srep24318
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Epigenetic engineering shows that a human centromere resists silencing mediated by H3K27me3/K9me3. (2016)
  • 著者名/発表者名: Martins NM, Bergmann JH, Shono N, Kimura H, Larionov V, Masumoto H, Earnshaw WC.
  • 雑誌名: Mol Biol Cell 巻: 27 ページ: 177-196
  • DOI: 10.1091/mbc.E15-08-0605
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Methylation of RNA polymerase II non-consensus Lysine residues marks early transcription in mammalian cells. (2015)
  • 著者名/発表者名: Dias JD, Rito T, Torlai Triglia E, Kukalev A, Ferrai C, Chotalia M, Brookes E, Kimura H, Pombo A
  • 雑誌名: eLIFE 巻: 4 ページ: e11215
  • DOI: 10.7554/eLife.11215
  • 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] CENP-C and CENP-I are key connecting factors for kinetochore and CENP-A assembly. (2015)
  • 著者名/発表者名: Shono N, Ohzeki J, Otake K, Martins NM, Nagase T, Kimura H, Larionov V, Earnshaw WC, Masumoto H
  • 雑誌名: J Cell Sci 巻: 128 ページ: 4572-4587
  • DOI: 10.1242/jcs.180786
  • 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] Distribution of histone H4 modifications as revealed by a panel of specific monoclonal antibodies. (2015)
  • 著者名/発表者名: Hayashi-Takanaka Y, Maehara K, Harada A, Umehara T, Yokoyama S, Obuse C, Ohkawa Y, Nozaki N, Kimura H
  • 雑誌名: Chromosome Res 巻: 23 ページ: 753-766
  • DOI: 10.1007/s10577-015-9486-4
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] Tracking posttranslational and epigenetic modifications of endogenous proteins in vivo (2015)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Kimura
  • 学会等名: 24th Wilhelm Bernhard Workshop on the Cell Nucleus/57th Symposium of the Society for Histochemistry
  • 発表場所: Schloss Wilhelminenberg, Vienna, Austria
  • 年月日: 2015-08-20
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] エピゲノム修飾の生細胞・生体内ダイナミクス (2015)
  • 著者名/発表者名: 木村 宏
  • 学会等名: 第9回日本エピジェネティクス研究会
  • 発表場所: 学術総合センター
  • 年月日: 2015-05-25
  • 招待講演
• [備考] 東京工業大学 リサーチリポジトリ 木村宏
  • URL: http://t2r2.star.titech.ac.jp/cgi-bin/researcherinfo.cgi?q_researcher_content_number=CTT100673940
• [備考] 東京工業大学 木村宏研究室
  • URL: http://kimura-lab.bio.titech.ac.jp/
• [備考] 東京工業大学 科学技術創成研究院 細胞制御工学ユニット
  • URL: http://cell-biology.jimdo.com/