非コードRNAによるクロマチン・高次ゲノム構造制御機構の解明

2016 年度 実績報告書

• 研究領域: 動的クロマチン構造と機能
• 研究課題/領域番号: 16H01314
• 研究機関: 首都大学東京
• 研究代表者: 廣田 耕志 首都大学東京, 理工学研究科, 教授 (00342840)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: 非コードRNA / クロマチン / 転写 / fdp1

研究実績の概要

申請者はこれまで、分裂酵母のグルコース飢餓ストレスに応答するfbp1遺伝子の活性化機構の解析を行い、発現誘導に先立ってfbp1遺伝子上流領域からのmlonRNAと名付けた非コードRNA転写が起こっていることを発見し、さらに、mlonRNA転写と共役した、転写因子結合部位のクロマチン再編成機構を発見していた(2008年Nature Hirota et al)。申請者は、独自に発見した非コードRNA転写の新機能のさらなる理解のために、H28年度には本領域の研究で、以下の研究成果を上げた。
（１）fbp1の転写活性化にはAtf1, Rst2, Php5が必要であり、抑制にはTup11/12リプレッサーが関わるが、３種の活性化因子がTup11/12を段階的に阻害することでクロマチン再編成や転写基本因子の結合安定化をすることでfbp1の活性化を引き起こすことを報告した。
（２）Tup11/12リプレッサーの欠損はストレスへの特異的対応が不良になったり、転写開始点の決定がぶれたりするなど、精密な転写の不良となることから、Tup11/12はクロマチンを閉じることによる転写抑制ではなく、転写の精密制御を行うことを解明した。（３）fbp1遺伝子活性化過程において、fbp1遺伝子座において高次のゲノム3D構造の変換が起こり、転写因子のタイムリーかつ特異的な結合を行う上で必須の役割を持つことを解明した。（４）mlonRNAの転写開始エレメントを同定し、このエレメントの移植などの実験で転写開始によるクロマチン制御の効果範囲が240bp程度であることや、減数分裂期組換え頻発部位でのクロマチン再編成と、組換え上昇につながることを見出した。

現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

当初、mlonRNAによるfbp1遺伝子の制御に絞った研究を提案していたが、mlonRNA転写開始セレメントの同定によって、その効果領域や他の遺伝子座での機能の保存性に迫ることができた。さらに、mlonRNA転写によるクロマチン再編成が転写活性化のみならず組換えの活性化にも正に寄与することを示すことができた。

今後の研究の推進方策

mlonRNAの転写開始エレメントが同定できたので、この配列を系統的に変異するなどして、共通配列を絞り込む。ゲノムワイドの情報学的解析を行い、mlonRNA配列はCRE配列(Atf1結合)などを比較分類し、同様の制御の行われている領域をしぼりこむ。

研究成果

• [国際共同研究] サセックス大学/ケンブリッジ大学/レスター大学(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: サセックス大学/ケンブリッジ大学/レスター大学
• [国際共同研究] ボストン大学/スローンケタリング研究所(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: ボストン大学/スローンケタリング研究所
• [国際共同研究] IFOM研究所(イタリア)
  • 国名: イタリア
  • 外国機関名: IFOM研究所
• [雑誌論文] Human CTF18-RFC clamp-loader complexed with non-synthesising DNA polymerase ε efficiently loads the PCNA sliding clamp. (2017)
  • 著者名/発表者名: Fujisawa R, Ohashi E, Hirota K, Tsurimoto T.
  • 雑誌名: Nucleic Acids Res. 巻: 45(8) ページ: 4550-4563
  • DOI: 10.1093/nar/gkx096.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The Dominant Role of Proofreading Exonuclease Activity of Replicative Polymerase ε in Cellular Tolerance Contributes to Cellular Tolerance of Cytarabine (Ara-C) (2017)
  • 著者名/発表者名: Masataka Tsuda, Kazuhiro Terada, Masato Ooka, Koji Kobayashi, Hiroyuki Sasanuma, Ryo Fujisawa, Toshiki Tsurimoto, Junpei Yamamoto, Shigenori Iwai, Kei Kadoda, Remi Akagawa, Shar-yin Naomi Huang, Yves Pommier, Julian E. Sale, Shunichi Takeda, and Kouji Hirota
  • 雑誌名: Oncotarget 巻: in press ページ: in press
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Determination of genotoxic potential by comparison of structurally related azo dyes using DNA repair-deficient DT40 mutant panels. (2016)
  • 著者名/発表者名: Ooka M, Kobayashi K, Abe T, Akiyama K, Hada M, Takeda S, Hirota K.
  • 雑誌名: Chemosphere 巻: 164 ページ: 106-112
  • DOI: 10.1016/j.chemosphere.2016.08.092.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Chemical Incorporation of Chain-Terminating Nucleoside Analogs as 3'-Blocking DNA Damage and Their Removal by Human ERCC1-XPF Endonuclease. (2016)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto J, Takahata C, Kuraoka I, Hirota K, Iwai S.
  • 雑誌名: Molecules 巻: 21(6) ページ: E766
  • DOI: 10.3390/molecules21060766.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Repriming by PrimPol is critical for DNA replication restart downstream of lesions and chain-terminating nucleosides. (2016)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi K, Guilliam TA, Tsuda M, Yamamoto J, Bailey LJ, Iwai S, Takeda S, Doherty AJ, Hirota K.
  • 雑誌名: Cell Cycle 巻: 15(15) ページ: 1997-2008
  • DOI: 10.1080/15384101.2016.1191711.
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] In vivo evidence for translesion synthesis by the replicative DNA polymerase δ. (2016)
  • 著者名/発表者名: Hirota K, Tsuda M, Mohiuddin, Tsurimoto T, Cohen IS, Livneh Z, Kobayashi K, Narita T, Nishihara K, Murai J, Iwai S, Guilbaud G, Sale JE, Takeda S.
  • 雑誌名: Nucleic Acids Res 巻: 44(15) ページ: 7242-50
  • DOI: 10.1093/nar/gkw439.
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Local potentiation of stress-responsive genes by upstream noncoding transcription. (2016)
  • 著者名/発表者名: Takemata N, Oda A, Yamada T, Galipon J, Miyoshi T, Suzuki Y, Sugano S, Hoffman CS, Hirota K, Ohta K.
  • 雑誌名: Nucleic Acids Res 巻: 44(11) ページ: 5174-89
  • DOI: 10.1093/nar/gkw142.
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] SUMO化蛋白質を認識するRING型ユビキチンリガーゼRNF4による染色体恒常性維持機構の解明 (2017)
  • 著者名/発表者名: 廣田耕志
  • 学会等名: ヒストンバリアント研究会
  • 発表場所: 東北大学青葉山キャンパス青葉山コモンズ（宮城県・仙台市）
  • 年月日: 2017-02-11
  • 招待講演
• [学会発表] 局所的ゲノム高次構造制御を介した転写因子の標的結合制御機構の解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 浅田隆大、梅田未来、千松賢史、足立朗、阿部拓也、岩崎博史、太田邦史、Charles S. Hoffman、廣田耕志
  • 学会等名: 第34回染色体ワークショップ
  • 発表場所: かずさアカデミアホール（千葉県・木更津市）
  • 年月日: 2017-01-11 – 2017-01-13
• [学会発表] 分裂酵母fbp1遺伝子の転写活性化におけるGcn5HAT とクロマチンリモデリング因子Snf22およびHrp3の機能解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 足立朗、廣田耕志
  • 学会等名: The 39th Annual Meeting of the Molecular Biology Society of Japan
  • 発表場所: パシフィコ横浜（神奈川県・横浜市）
  • 年月日: 2016-11-30 – 2016-12-02
  • 国際学会
• [学会発表] 局所的ゲノム高次機能を利用した転写因子の標的結合制御機構 (2016)
  • 著者名/発表者名: 浅田隆大、廣田耕志
  • 学会等名: The 39th Annual Meeting of the Molecular Biology Society of Japan
  • 発表場所: パシフィコ横浜（神奈川県・横浜市）
  • 年月日: 2016-11-30 – 2016-12-02
  • 国際学会
• [学会発表] 分裂酵母fbp1遺伝子座における転写抑制時のクロマチン再構築機構の解明 (2016)
  • 著者名/発表者名: 梅田未来、廣田耕志
  • 学会等名: The 39th Annual Meeting of the Molecular Biology Society of Japan
  • 発表場所: パシフィコ横浜（神奈川県・横浜市）
  • 年月日: 2016-11-30 – 2016-12-02
  • 国際学会
• [学会発表] IncRNAによるストレス種特異的な遺伝子発現の制御 (2016)
  • 著者名/発表者名: 岡崎賢吾、竹俣直道、小田有沙、山田貴富、Josephine Galipon、三好 知一郎、 鈴木穣、菅野純夫、Charles S.Hoffman、廣田耕志、太田邦史
  • 学会等名: The 39th Annual Meeting of the Molecular Biology Society of Japan
  • 発表場所: パシフィコ横浜（神奈川県・横浜市）
  • 年月日: 2016-11-30 – 2016-12-02
  • 国際学会
• [学会発表] Ctf18-RFCのPCNA装着は非DNA合成モードのPolεによって促進される (2016)
  • 著者名/発表者名: 藤澤遼、大橋英治、廣田耕志、 釣本敏樹
  • 学会等名: The 39th Annual Meeting of the Molecular Biology Society of Japan
  • 発表場所: パシフィコ横浜（神奈川県・横浜市）
  • 年月日: 2016-11-30 – 2016-12-02
  • 国際学会
• [学会発表] DT40変異株の損傷トレランスにおけるSPARTANの機能解明 (2016)
  • 著者名/発表者名: 鍜治田絹美、中里亜利咲、廣田耕志
  • 学会等名: バイオコンファレンス2016
  • 発表場所: 首都大学東京（東京都・八王子市）
  • 年月日: 2016-11-18
• [学会発表] 損傷部位でのpolδの損傷乗り越え機構におけるストランド特異性の解明 (2016)
  • 著者名/発表者名: 中里亜利咲、鍜治田絹美、廣田耕志
  • 学会等名: バイオコンファレンス2016
  • 発表場所: 首都大学東京（東京都・八王子市）
  • 年月日: 2016-11-18
• [学会発表] 酵母型ターゲット組換え機構の探索 (2016)
  • 著者名/発表者名: 小山慎司、廣田耕志
  • 学会等名: バイオコンファレンス2016
  • 発表場所: 首都大学東京（東京都・八王子市）
  • 年月日: 2016-11-18
• [学会発表] 長鎖non-coding RNA転写によるクロマチン構造制御メカニズムの解明 (2016)
  • 著者名/発表者名: 千松賢史、浅田隆大、廣田耕志
  • 学会等名: バイオコンファレンス2016
  • 発表場所: 首都大学東京（東京都・八王子市）
  • 年月日: 2016-11-18
• [学会発表] In vivo evidence for translesion synthesis by the replicative DNA polymerase δ (2016)
  • 著者名/発表者名: Kouji Hirota, Masataka Tsuda, Julian E.Sale, Shunichi Takeda
  • 学会等名: 10th 3R International Symposium
  • 発表場所: ホテル一畑（島根県・松江市）
  • 年月日: 2016-11-13 – 2016-11-17
  • 国際学会
• [学会発表] Ctf18-RFC bound to Polεloads PCNA efficiently (2016)
  • 著者名/発表者名: Ryo Fujisawa, Eiji Ohashi, Kouji Hirota, Toshiki Tsurimoto
  • 学会等名: 10th 3R International Symposium
  • 発表場所: ホテル一畑（島根県・松江市）
  • 年月日: 2016-11-13 – 2016-11-17
  • 国際学会
• [学会発表] Determination of genotoxic potential by comparison of structurally related azo dyes using DNA repair-deficient DT40 mutant panels (2016)
  • 著者名/発表者名: Masato Ooka, Koji Kobayashi, Takuya Abe, Kazuhiko Akiyama, Masahiko Hada, Shunichi Takeda, Kouji Hirota
  • 学会等名: 10th 3R International Symposium
  • 発表場所: ホテル一畑（島根県・松江市）
  • 年月日: 2016-11-13 – 2016-11-17
  • 国際学会
• [学会発表] The proofreading exonuclease activity of replicative polymerase ε contributes to cellular tolerance of cytarabine(Ara-C) (2016)
  • 著者名/発表者名: Masataka Tsuda, Shunishi Takeda, Kouji Hirota
  • 学会等名: 10th 3R International Symposium
  • 発表場所: ホテル一畑（島根県・松江市）
  • 年月日: 2016-11-13 – 2016-11-17
  • 国際学会
• [学会発表] Elucidation of the chromatin reconstitution mechanism during transcriptional repression of Schizosaccharomyces pombe fdp1 (2016)
  • 著者名/発表者名: Miki Umeda, Kouji Hirota
  • 学会等名: 10th 3R International Symposium
  • 発表場所: ホテル一畑（島根県・松江市）
  • 年月日: 2016-11-13 – 2016-11-17
  • 国際学会
• [学会発表] Chromatin determinants of the inner-centromera rely on replication factors with functions that impart cohesion (2016)
  • 著者名/発表者名: Takuya Abe, Dana Branzei, Ryotaro Kawasumi
  • 学会等名: 10th 3R International Symposium
  • 発表場所: ホテル一畑（島根県・松江市）
  • 年月日: 2016-11-13 – 2016-11-17
  • 国際学会
• [学会発表] The synthetic lethality between cohesinopathy mutations in DT40 cells (2016)
  • 著者名/発表者名: 阿部拓也
  • 学会等名: 遺伝研研究会
  • 発表場所: 国立遺伝学研究所（静岡県・三島市）
  • 年月日: 2016-10-25
• [学会発表] PAR結合タンパク質XRCC1とALC1のPARP経路での働きについて (2016)
  • 著者名/発表者名: 廣田耕志、津田雅貴、大岡正人、安井明、荻朋男、原田浩、中村純、Yves Pommier, 武田俊一
  • 学会等名: 遺伝研研究会
  • 発表場所: 国立遺伝学研究所（静岡県・三島市）
  • 年月日: 2016-10-25
• [学会発表] In vivo Evidence for translesion synthesis by the replicative DNA polymerase delta (Oral presentation) (2016)
  • 著者名/発表者名: Kouji Hirota, Masataka Tsuda, Julian Sale, Shunichi Takeda
  • 学会等名: 4th Meeting on DNA polymerases October 4th-8th Biarrits France
  • 発表場所: パリ（フランス）
  • 年月日: 2016-10-04 – 2016-10-08
  • 国際学会
• [学会発表] The Proofreading Exonuclease Acctivity of Replicative polymerase e Significantly Contributes to Elimination of Cytarabine (Ara-C) (Poster presentation) (2016)
  • 著者名/発表者名: Masataka Tsuda, Shunichi Takeda, Kouji Hirota
  • 学会等名: 4th Meeting on DNA polymerases October 4th-8th Biarrits France
  • 発表場所: パリ（フランス）
  • 年月日: 2016-10-04 – 2016-10-08
  • 国際学会
• [学会発表] 分裂酵母fbp1遺伝子座における転写抑制時のクロマチン再構築機構の解明 (2016)
  • 著者名/発表者名: 梅田未来、廣田耕志
  • 学会等名: 酵母遺伝学フォーラム 第49回研究報告会
  • 発表場所: シーサイドホテル舞子ビラあじさいホール（兵庫県・神戸市）
  • 年月日: 2016-09-10