植物環境感覚システムにおけるクロマチン動態解析

2013 年度 実績報告書

• 研究領域: 植物の環境感覚：刺激受容から細胞応答まで
• 研究課題/領域番号: 25120726
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 研究機関: 東京理科大学
• 研究代表者: 松永 幸大 東京理科大学, 理工学部, 准教授 (40323448)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2015-03-31
• キーワード: 環境感覚 / クロマチン

研究概要

DNA損傷とオーキシン飢餓の環境刺激に応じてクロマチン動態がエピジェネティクスな変化を起こしている。クロマチン動態はヌクレオソーム構造を構成するヒストン修飾と非ヒストン因子であるコンデンシンやコヒーシンで制御されている。そのヒストン修飾は、メチル化・アセチル化・リン酸化などにより変動し、その変動の制御因子が、ヒストンメチル化酵素(HMT)、アセチル化酵素(HAT)、脱アセチル化酵素(HDAC)などである。しかし、こ
れらはヒストン修飾に注目した1個から数個の遺伝子座のクロマチン動態を解析した研究例であり、ヒストン修飾変動を制御因子から解析した事例はない。そこで、DNA損傷を初めとした植物の環境刺激に応答してクロマチン動態が変化する環境感覚メカニズムを明らかにすることを目的として研究を実施した。
DNA二本鎖切断(DSB)誘導剤ゼオシン・カンプトテシン、オーキシン極性輸送阻害剤ナフタレン酢酸(NPA)・TIBA、オーキシン受容体阻害剤PEO-IAAを用いて、国内外から購入または分与を受けたHMT、HAT、HDACのホモ変異体60種類、コンデンシン変異体3種類、コヒーシン変異体2種類をスクリーニングして、根の伸長、地上部の展開状態、胚軸伸長などの異常が見いだされる変異体を同定した。チミジンアナログEdUを用いたDNA複製イメージングにより細胞周期変動を解析すると共にDNA損傷解析であるコメットアッセイやリン酸化H2AX抗体染色を通じて、植物のDNA損傷応答までの時間や応答について定量解析を行った。

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

コンデンシン変異体と脱アセチル化変異体に明確な表現型を確認できた。これにより、当初のスクリーニングの成果を得ることができるとともに、さらに環境感覚のメカニズムに踏み込んだ研究成果を得られた。このことから当初の計画以上に進展していると考えられる。

今後の研究の推進方策

新学術領域の計画班と協力して、光特性、水分屈性などの植物環境感覚の特性も解析し、関係データが得られた場合は、各刺激に対する応答変異体との二重変異体を作出し、分子遺伝学的解析を行う。これにより植物の環境感覚メカニズムの理解を推進する。

研究成果

• [雑誌論文] Chromophore-assisted laser inactivation; towards a spatiotemporal-functional analysis of proteins, and the ablation of chromatin, organelle and cell function. (2014)
  • 著者名/発表者名: Sano, Y., Watanabe, W. and Matsunaga, S.
  • 雑誌名: JOURNAL OF CELL SCIENCE 巻: 127 ページ: 1621-1629
  • DOI: 10.1242/jcs.144527
  • 査読あり
• [雑誌論文] The boundary of the meristematic and elongation zones in roots: endoreduplication precedes rapid cell expansion (2013)
  • 著者名/発表者名: Kohma Hayashi, Junko Hasegawa, Sachihiro Matsunaga
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 3 ページ: 2723
  • DOI: 10.1038/srep02723
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cytokinins control endocycle onset by promoting the expression of an APC/C activator in Arabidopsis roots. (2013)
  • 著者名/発表者名: Takahashi, N., Kajihara, T., Okamura, C., Kim, Y., Katagiri, Y., Okushima, Y., Matsunaga, S., Hwang, I., and Umeda, M.
  • 雑誌名: CURRENT BIOLOGY 巻: 23 ページ: 1812-1817
  • DOI: 10.1016/j.cub.2013.07.051
  • 査読あり
• [雑誌論文] KOTOBUKI-1 apparatus for cryogenic coherent X-ray diffraction imaging. (2013)
  • 著者名/発表者名: Nakasako, M., Takayama, Y., Oroguchi, T., Sekiguchi, Y., Kobayashi, A., Shirahama, K., Yamamoto M., Hikima, T., Yonekura, K., Maki-Yonekura, S., Kohmura, Y., Inubushi, Y., Takahashi, Y., Suzuki A., Matsunaga, S., Inui, Y., Tono, K., Kameshima, T., Joti Y., Hoshi, T.
  • 雑誌名: REVIEW OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS 巻: 84 ページ: 093705
  • DOI: 10.1063/1.4822123.
  • 査読あり
• [雑誌論文] New insights into the dynamics of plant cell nuclei and chromosomes. (2013)
  • 著者名/発表者名: Matsunaga, S., Katagiri, Y., Nagashima, Y., Sugiyama, T., Hasegawa, J., Hayashi, K. and Sakamoto, T.
  • 雑誌名: INTERNATIONAL REVIEW OF CELL AND MOLECULAR BIOLOGY 巻: 305 ページ: 253 - 301
  • DOI: 10.1016/B978-0-12-407695-2.00006-8.
  • 査読あり
• [雑誌論文] The kinesin-like protein TOP promotes Aurora localisation and induces mitochondrial, chloroplast and nuclear division. (2013)
  • 著者名/発表者名: Yoshida, Y., Fujiwara, T., Imoto, Y., Yoshida, M., Ohnuma, M., Hirooka, S., Misumi, O., Kuroiwa, H. Kato, S., Matsunaga, S. and Kuroiwa, T.
  • 雑誌名: JOURNAL OF CELL SCIENCE 巻: 126 ページ: 2392 - 2400
  • DOI: 10.1242/jcs.116798.
  • 査読あり
• [学会発表] Imaging analyses of DNA replication and cell division in root development
  • 著者名/発表者名: Sachihiro Matsunaga
  • 学会等名: 第55回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 富山大学 五福キャンパス
• [学会発表] Subnuclear dynamics and cell dynamics in root morphogenesis.
  • 著者名/発表者名: Sachihiro Matsunaga
  • 学会等名: Workshop on Modeling Biomolecular Systems in Cellular Environment
  • 発表場所: ) 京都大学理学研究科セミナーハウス
  • 招待講演
• [図書] Atlas of Plant Cell Structure (2014)
  • 著者名/発表者名: Noguchi, T., Kawano S., Sakai, A., Hayashi, Y., Karahara, I., Matsunaga, S., Tsukaya, H.
  • 総ページ数: 未定
  • 出版者: Springer
• [備考] 研究者情報データベースRIDAI
  • URL: https://www.tus.ac.jp/fac_grad/p/achievement.php?64d9