新規ＤＮＡメチル化形成にリンクしたメチル化消去機構に関する研究

2013 年度 実績報告書

• 研究領域: 生命素子による転写環境とエネルギー代謝のクロストーク制御
• 研究課題/領域番号: 24116515
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 田嶋 正二 大阪大学, たんぱく質研究所, 教授 (50132931)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2014-03-31
• キーワード: 生化学 / ゲノムメチル化 / DNAメチル化酵素 / DNA脱メチル化

研究概要

DNAメチル化修飾は、転写制御、特にその抑制に寄与しており、メチル化模様は胚発生初期、生殖細胞、終末分化時に書き換えられている。したがって、DNAの脱メチル化はメチル化制御にとり重要なステップである。メチル化されたシトシン塩基（5mC）のヒドロキシル化（5hmC）が脱メチル化の印となっていることが最近報告されている。本研究計画では、メチル化されたDNAの中からどのように特定のメチル化部位が選びだされヒドロキシル化されているのかを明らかにする。これにより、未分化恒常性と分化刺激による細胞内外のシグナルにより、DNAメチル化模様がどのように制御されているのかを解明することを目指す。
胚性幹細胞では新規メチル化模様を形成するDnmt3aとDnmt3bが書き込んだ5mCが選択的に5hmC化されていることを明らかにした。また、Dnmt1は5hmC化修飾を受けたDNAをほとんどメチル化できないこと、さらに、維持メチル化に必須な因子であるUhrf1のヘミメチル化DNA結合領域は5hmC修飾を受けたDNAに結合できないことを明らかにした。この結果はDnmt3aやDnmt3bによって5hmC修飾を受けたゲノム領域は複製の過程で受動的に脱メチル化されることを示している。成果を論文として発表した。
胚性幹細胞から分化させた神経前駆細胞における5hmCと5mCの分布を調べ、5hmCのピークが転写開始点（TSS）の上流1kbに分布しており、5mCはTSS上流に幅広く分布していることを明らかにした。興味深いことに、5hmCと5mCが共在するプロモーター領域では、5hmCと5mCの存在するピークが重ならない領域が見出された。プロモーター領域に5hmCと5mCが共存する遺伝子のmRNAの発現量を調べたところ、5hmCと5mCの存在するピークの相対位置と転写活性の間に相関を認めた。

現在までの達成度 (区分)

理由

25年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

25年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] The DNA methyltransferase Dnmt1 directly interacts with the SET and RING finger associated (SRA) domain of the multifunctional protein Uhrf1 to facilitate accession of the catalytic center to hemi-methylated DNA (2014)
  • 著者名/発表者名: Ahmet Can Berkyurek, Isao Suetake, Kyohei Arita, Kohei Takeshita, Atsushi Nakagawa, Masahiro Shirakawa, and Shoji Tajima
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: 289 ページ: 379-386
  • DOI: 10.1074/jbc.M113.523209
  • 査読あり
• [雑誌論文] The mTOR pathway controls cell proliferation by regulating the FoxO3a transcription factor via SGK1 kinase (2014)
  • 著者名/発表者名: Shunsuke Mori, Shigeyuki Nada, Hironobu Kimura, Shoji Tajima, Yusuke Takahashi, Ayaka Kitamura, Chitose Oneyama, and Masato Okada
  • 雑誌名: PLoS ONE 巻: 9 ページ: e88891
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0088891. eCollection 2014
  • 査読あり
• [雑誌論文] miR-29 represses the activities of DNA methyltransferases and DNA demethylases (2013)
  • 著者名/発表者名: Sumiyo Morita, Takuro Horii, Mika Kimura, Takahiro Ochiya, Shoji Tajima, and Izuho Hatada
  • 雑誌名: International Journal of Molecular Sciences 巻: 14 ページ: 14647-14658
  • DOI: 10.3390/ijms140714647
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cell cycle-dependent turnover of 5-hydroxymethyl cytosine in mouse embryonic stem cells (2013)
  • 著者名/発表者名: Junji Otani, Hironobu Kimura, Jafar Sharif, Takaho A. Endo, Yuichi Mishima, Toru Kawakami, Haruhiko Koseki, Masahiro Shirakawa, Isao Suetake, and Shoji Tajima
  • 雑誌名: PLoS ONE 巻: 8 ページ: e82961
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0082961. eCollection 2013
  • 査読あり
• [雑誌論文] Genome engineering of mammalian haploid embryonic stem cells using the Cas9/RNA system (2013)
  • 著者名/発表者名: Takuro Horii, Sumiyo Morita, Mika Kimura, Ryouhei Kobayashi, Daiki Tamura, Ryou-u Takahashi, Hironobu Kimura, Isao Suetake, Hirokazu Ohata, Koji Okamoto, Shoji Tajima, Takahiro Ochiya, Yumiko Abe and Izuho Hatada
  • 雑誌名: PeerJ 巻: 1 ページ: e230
  • DOI: 10.7717/peerj.230
  • 査読あり
• [学会発表] Dnmt1（RFTS）とUhrf1（SRA）の相互作用によりDNAは触媒中心に近づけるようになる (2014)
  • 著者名/発表者名: アーメット・キャン・ベルキュレック、末武勲、有田恭平、竹下浩平、中川敦史、白川昌宏、田嶋正二
  • 学会等名: 日本エピジェネティクス研究第８回年会
  • 発表場所: 東京大学伊藤国際会館
  • 年月日: 20140522-20140524
• [学会発表] 遺伝性知覚神経疾患の原因となるDnmt1のRFTS内の変異がDNA維持メチルに及ぼす影響 (2014)
  • 著者名/発表者名: ロナルド・G・ガルビレス、木村博信、アーメット・キャン・ベルキュレック、末武勲、田嶋正二
  • 学会等名: 日本エピジェネティクス研究第８回年会
  • 発表場所: 東京大学伊藤国際会館
  • 年月日: 20140522-20140524
• [学会発表] 組換えDNMT1を利用したヒドロキシメチル化シトシンの1塩基レベルの新規解析方法の開発 (2014)
  • 著者名/発表者名: 末武勲、白川昌宏、田嶋正二
  • 学会等名: 日本エピジェネティクス研究第８回年会
  • 発表場所: 東京大学伊藤国際会館
  • 年月日: 20140522-20140524
• [学会発表] プロモーター領域でのヒドロキシメチルシトシンのメチルシトシンに対する相対位置は遺伝子発現と相関する (2014)
  • 著者名/発表者名: 木村博信、末武勲、遠井紀江、川上徹、饗庭一博、中辻憲夫、田嶋正二
  • 学会等名: 日本エピジェネティクス研究第８回年会
  • 発表場所: 東京大学伊藤国際会館
  • 年月日: 20140522-20140524
• [学会発表] miR-29はDNAメチル化酵素とDNA 脱メチル化酵素を制御する (2013)
  • 著者名/発表者名: 森田純代、堀居拓郎、木村美香、落谷孝広、田嶋正二、畑田出穂
  • 学会等名: 日本分子生物学会
  • 発表場所: 神戸国際会議場
  • 年月日: 20131203-20131206
• [学会発表] CRISPR/Cas9システムによる哺乳類半数体ES細胞のゲノム操作 (2013)
  • 著者名/発表者名: 堀居拓郎、森田純代、木村美香、小林遼平、田村大樹、高橋陵宇、木村博信、末武勲、大畑広和、岡本康司、安部由美子、田嶋正二、落谷孝広、畑田出穂
  • 学会等名: 日本分子生物学会
  • 発表場所: 神戸国際会議場
  • 年月日: 20131203-20131206
• [学会発表] Cyclic conversion of 5mC to 5hmC and remethylation in mouse ES cells (2013)
  • 著者名/発表者名: Musashi Kubiura, Masaki Okano, Shoji Tajima, Masako Tada
  • 学会等名: 日本分子生物学会
  • 発表場所: 神戸国際会議場
  • 年月日: 20131203-20131206
• [学会発表] Relative positions of 5-hydroxymethylcytosine and 5-methylcytosine at promoter correlates with the level of gene expression (2013)
  • 著者名/発表者名: Hironobu Kimura, Norie Tooi, Toru Kawakami, Tatsuhiro Thomoto, Kazuhiro Aiba, Isao Suetake, Norio Nakatsuji, and Shoji Tajima
  • 学会等名: International Symposium on Transcription and metbolism
  • 発表場所: Awaji Yumebutai International Conference Center, Hyogo, Japan
  • 年月日: 20131111-20131113
• [学会発表] Dnmt1のRFTSと触媒領域間の水素結合のDNAメチル化に果たす役割 (2013)
  • 著者名/発表者名: ロナルド G. ガルビレス、長谷川貴志、木村博信、ジャファル シャリフ、古関明彦、末武勲、田嶋正二
  • 学会等名: 第７回日本エピジェネティクス研究会年会
  • 発表場所: 奈良県新公会堂
  • 年月日: 20130530-20130531
• [学会発表] DNA鎖長とNp95のSRA領域はDnmt1のRFTSを触媒ポケットから除去するステップに寄与する (2013)
  • 著者名/発表者名: アーメット・キャン・ベルキュレック、有田 恭平、竹下 浩平、中川 敦史、白川 昌宏、末武 勲、田嶋 正二
  • 学会等名: 第７回日本エピジェネティクス研究会年会
  • 発表場所: 奈良県新公会堂
  • 年月日: 20130530-20130531
• [学会発表] マウスES細胞におけるヒドロキシメチルシトシンの産生と消去 (2013)
  • 著者名/発表者名: 木村博信、大谷淳二、川上 徹、白川昌宏、末武 勲、田嶋正二
  • 学会等名: 第７回日本エピジェネティクス研究会年会
  • 発表場所: 奈良県新公会堂
  • 年月日: 20130530-20130531
• [学会発表] ヘミメチル化DNAによるヌクレオソーム再構成とDnmt1によるメチル化 (2013)
  • 著者名/発表者名: 岡翔太、ラウラ ブルックナー、三島優一、末武勲、田嶋正二
  • 学会等名: 第７回日本エピジェネティクス研究会年会
  • 発表場所: 奈良県新公会堂
  • 年月日: 20130530-20130531
• [図書] エピジェネティクスキーワード事典-分子機構から疾患・解析技術まで-（牛島俊和、眞貝洋一編集） (2013)
  • 著者名/発表者名: 木村博信、田嶋正二
  • 総ページ数: pp 20-25
  • 出版者: 羊土社
• [図書] エピジェネティクス-その分子機構から高次生命機能まで-（田嶋正二編集） (2013)
  • 著者名/発表者名: 田嶋正二
  • 総ページ数: pp 3-20
  • 出版者: 化学同人