Ｐｏｌ２の転写伸長・終結・リサイクル過程におけるチェックポイント制御機構の解明

2013 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Integral understanding of the mechanism of transcription cycle through quantitative, high-resolution approaches
• Project/Area Number: 24118002
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 山口 雄輝 東京工業大学, 生命理工学研究科, 教授 (50345360)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 田村 智彦 横浜市立大学, 医学(系)研究科(研究院), 教授 (50285144) ; 川内 潤也 東京医科歯科大学, 難治疾患研究所, 助教 (20544498)
• Project Period (FY): 2012-06-28 – 2017-03-31
• Keywords: 遺伝子 / 発現制御 / 発生・分化 / 生体生命情報学 / 酵素

Research Abstract

転写開始後の過程については依然として未解決の点が多い。そこで、本計画研究では以下の4つの課題に取り組んでいる。
課題1：ダイナミクスを解析可能な新規実験系の開発。山口は、時間分解能を持つ改良型ChIP法の開発を行っている。テトラサイクリン誘導発現系でタグ付きの目的タンパク質を誘導する系は、予想どおりカイネティクスが遅く、低い時間分解能しか得られなかったので、代わりに翻訳後段階で目的タンパク質の活性を制御するFKBP/FRB/ラパマイシン系の構築を進めた。
課題2：転写サイクルのダイナミクス解析。山口は、Pol II転写産物が受ける複数の3'プロセシング経路がいかにして選択されるか、を研究している。転写伸長の初期段階で働くNELFが、3'プロセシングの経路選択に重要な役割を果たしていることを見出した。NELFは転写開始点近傍においてprematureなポリ(A)付加を阻害する働きを持つと考えられる。
課題3：Pol IIのリン酸化サイクルの解明。山口は、DSIF CTRとリン酸化依存的に結合する因子を解析している。マウスES細胞でこの因子をノックアウトし、ES細胞の分化に及ぼす影響を解析した。また、川内は、転写伸長因子であり、またPol IIのユビキチンリガーゼでもあるエロンガンAについてin vivo機能を解析した。その結果、ストレス応答性の迅速な遺伝子発現にエロンガンAが重要であることが分かった（Kawauchi et al. JBC 2013)。
課題4：普遍的な転写伸長装置が細胞の運命決定に果たす役割の解明。田村は、転写因子IRF8による血球分化誘導系を用いて、IRF8による標的遺伝子転写活性化に伴うクロマチンルーピング、転写調節因子の結合、ヒストン修飾等の順序を明らかにした。その結果に基づきエンハンサー・プロモーター相互作用による転写サイクル制御の新たな仮説を構築した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

交付申請書に記した4つの研究項目をおおむね消化することができた。ただし、課題1の改良型ChIP法の開発については、最適な系を求めた探索が続いている状態である。一方で、3'プロセシング経路の選択機構に関しては新たなブレークスルーが得られた。

Strategy for Future Research Activity

課題1：ダイナミクスを解析可能な新規実験系の開発。上述したように山口は、FKBP/FRB/ラパマイシンを用いた迅速誘導発現系を用いた改良型ChIP法の開発に引き続き取り組む。
課題2：転写サイクルのダイナミクス解析。山口は、Pol II 3'プロセシング経路の運命決定機構を引き続き解析する。異なる3’プロセシング経路間の選択機構はほぼ解明することができたので、次の課題として、より一般性の高いmRNA遺伝子で見られるポリ(A)付加のproximal-distal選択機構にを明らかにしたい。
課題3：Pol IIのリン酸化サイクルの解明。山口は、リン酸化依存的結合因子の分子機能について、PLA法やin situにおける相互作用因子解析法を用いて明らかにしていく。川内は、Pol IIリサイクリング因子FCP1の機能解析に引き続き取り組む。
課題4：普遍的な転写伸長装置が細胞の運命決定に果たす役割の解明。田村は、血球分化におけるクロマチン高次構造と転写サイクルとの関連とその生物学的意義について、FISH法やゲノム編集を用いて詳細に解析を進めることによって、H25年度に浮かび上がった仮説の検証を行なっていく。

Research Products

• [Journal Article] Magnetically-promoted rapid immunoreactions using functionalized fluorescent magnetic beads (2014)
  • Author(s): Sakamoto, S., Omagari, K., Kita, Y., Mochizuki, Y., Naito, Y., Kawata, S., Matsuda, S., Itano, O., Jinno, H., Takeuchi, H., Yamaguchi, Y., Kitagawa, Y., and Handa, H.
  • Journal Title: Clin. Chem. Volume: 60 Pages: 610-620.
  • DOI: 10.1373/clinchem.2013.211433
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Vesnarinone suppresses TNFalpha mRNA expression by inhibiting valosin-containing protein (2013)
  • Author(s): Hotta, K., Nashimoto, A., Yasumura, E., Suzuki, M., Azuma, M., Iizumi, Y., Shima, D., Nabeshima, R., Hiramoto, M., Okada, A., Sakata-Sogawa, K., Tokunaga, M., Ito, T., Ando, H., Sakamoto, S., Kabe, Y., Aizawa, S., Imai, T., Yamaguchi, Y., Watanabe, H., and Handa, H.
  • Journal Title: Mol. Pharmacol. Volume: 83 Pages: 930-938
  • DOI: 10.1124/mol.112.081935
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Viral protein-coating of magnetic nanoparticles using simian virus 40 VP1 (2013)
  • Author(s): Enomoto, T., Kawano, M., Fukuda, M., Sawada, W., Inoue, T., Haw, K.C., Kita, Y., Sakamoto, S., Yamaguchi, Y., Imai, T., Hatakeyama, M., Saito, S., Sandhu, A., Matsui, M., Aoki, I., and Handa, H.
  • Journal Title: J. Biotechnol. Volume: 167 Pages: 8-15
  • DOI: 10.1016/j.jbiotec.2013.06.005
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Activation-induced cytidine deaminase auto-activates and triggers aberrant gene expression (2013)
  • Author(s): Isobe, T., Song, S.-N. J., Tiwari, P., Ito, H., Yamaguchi, Y., and Yoshizaki, K.
  • Journal Title: FEBS Letters Volume: 587 Pages: 2487-2492
  • DOI: 10.1016/j.febslet.2013.06.028
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Salicylic acid induces mitochondrial injury by inhibiting ferrochelatase heme biosynthesis activity (2013)
  • Author(s): Gupta, V., Liu, S., Ando, H., Ishii, R., Tateno, S., Kaneko, Y., Yugami, M., Sakamoto, S., Yamaguchi, Y., Nureki, O., and Handa, H.
  • Journal Title: Mol. Pharmacol. Volume: 84 Pages: 824-833
  • DOI: 10.1124/mol.113.087940
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The transcription factor IRF8 counteracts BCR-ABL to rescue dendritic cell development in chronic myeloid leukemia (2013)
  • Author(s): Watanabe T., Hotta C., Koizumi S., Miyashita K., Nakabayashi J., Kurotaki K., Sato G., Yamamoto M., Nakazawa M., Fujita H., Sakai R., Fujisawa S., Nishiyama A., Ikezawa Z., Aihara M., Ishigatsubo Y., Tamura T.
  • Journal Title: Cancer Research Volume: 73 Pages: 6642-6653
  • DOI: 10.1158/0008-5472.CAN-13-0802
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] WHSC1 links transcription elongation to HIRA-mediated histone H3.3 deposition (2013)
  • Author(s): Sarai N., Nimura K., Tamura T., Kanno T., Patel M.C., Heightman T.D., Ura K., Ozato K.
  • Journal Title: EMBO Journal Volume: 32 Pages: 2392-2406
  • DOI: 10.1038/emboj.2013.176
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] BRD4 coordinates recruitment of pause-release factor P-TEFb and the pausing complex NELF/DSIF to regulate transcription elongation of interferon stimulated genes (2013)
  • Author(s): Patel M.C., Debrosse M., Smith M., Dey A., Huynh W., Sarai N., Heightman T.D., Tamura T., Ozato K.
  • Journal Title: Molecular and Cellular Biology Volume: 33 Pages: 2497-2507
  • DOI: 10.1128/MCB.01180-12
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Egr-2 transcription factor is required for Blimp-1 mediated IL-10 production in IL-27 stimulated CD4(+) T cells (2013)
  • Author(s): Iwasaki Y., Fujio K., Okamura T., Yanai A., Sumitomo S., Shoda H., Tamura T., Yoshida H., Charnay P., Yamamoto K.
  • Journal Title: European Journal of Immunology Volume: 43 Pages: 1-11
  • DOI: 10.1002/eji.201242942
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Transcriptional properties of mammalian elongin A and its role in stress response (2013)
  • Author(s): Kawauchi J, Inoue M, Fukuda M, Uchida Y, Yasukawa T, Conaway RC, Conaway JW, Aso T, Kitajima S
  • Journal Title: Journal of Biological Chemistry Volume: 288 Pages: 24302-20315
  • DOI: 10.1074/jbc.M113.496703
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 転写因子IRF8はCMLにおいてBCR-ABLによる樹状細胞分化不全を救済する (2014)
  • Author(s): Tamura T
  • Organizer: 造血器腫瘍研究会
  • Place of Presentation: がん研究会がん研究所吉田富三記念講堂（東京都）
  • Year and Date: 20140207-20140207
  • Invited
• [Presentation] A dynamic and long-range chromatin control of Klf4 transcription by IRF8 in monocyte differentiation (2013)
  • Author(s): Nishiyama A., Kurotaki D., Tamura T.
  • Organizer: 第42回日本免疫学会学術集会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ（千葉県）
  • Year and Date: 20131213-20131213
• [Presentation] The transcription factor IRF8 is required for basophil development (2013)
  • Author(s): Sasaki H., Kurotaki D., Osato N., Sasaki I., Kaneda C., Nishiyama A., Kaisho T., Morse H.C. III., Ozato K., Tamura T.
  • Organizer: 第42回日本免疫学会学術集会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ（千葉県）
  • Year and Date: 20131211-20131211
• [Presentation] IRF8 Inhibits the Activity of C/EBPalpha to Restrain Monocyte-Dendritic Cell Progenitors from Differentiating into Neutrophils (2013)
  • Author(s): Yamamoto M., Kurotaki D., Nishiyama A., Uno K., Ichino M., Nakazawa M., Ozato K., Tamura T.
  • Organizer: 第42回日本免疫学会学術集会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ（千葉県）
  • Year and Date: 20131211-20131211
• [Presentation] IRF8 restrains monocyte-dendritic cell progenitors from differentiating into neutrophils by inhibiting C/EBPalpha activity (2013)
  • Author(s): Kurotaki D., Yamamoto M., Nishiyama A., Uno K., Sasaki H., Ozato K., Tamura T.
  • Organizer: 55th American Society of Hematology Annual Meeting and Exposition
  • Place of Presentation: Ernest N. Morial Convention Center（米国ルイジアナ州）
  • Year and Date: 20131208-20131208
• [Presentation] The transcription factor IRF8 is a key transcription factor for basophil development (2013)
  • Author(s): Kurotaki D., Sasaki H., Osato N., Sasaki I., Kaneda C., Sato H., Nishiyama A., Kaisho T., Aburatani H., Morse H.C. 3rd., Ozato K., Tamura T.
  • Organizer: 55th American Society of Hematology Annual Meeting and Exposition
  • Place of Presentation: Ernest N. Morial Convention Center（米国ルイジアナ州）
  • Year and Date: 20131207-20131207
• [Presentation] 単球分化において転写因子IRF8がKlf4プロモーターと遠位エンハンサーの長距離間の相互活性化を誘導する (2013)
  • Author(s): 西山 晃，黒滝大翼，田村智彦
  • Organizer: 第36回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場（兵庫県）
  • Year and Date: 20131203-20131203
• [Presentation] IRF8 inhibits the activity of C/EBPalpha to restrain the neutrophil differentiation program in monocyte-dendritic cell progenitors (2013)
  • Author(s): Kurotaki D., Yamamoto M., Nishiyama A., Uno K., Ichino M., Sasaki H., Ban T., Yoshinari M., Nakazawa M., Ozato K., Tamura T.
  • Organizer: 第36回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場（兵庫県）
  • Year and Date: 20131203-20131203
• [Presentation] Pol II CTD 脱リン酸化酵素FCP1のDNA Damage Response における役割 (2013)
  • Author(s): 福本 悟史，高屋 俊輔，小高 愛未，川内 潤也，北嶋 繁孝
  • Organizer: 第36回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 神戸ポートアイランド（兵庫県）
  • Year and Date: 20131203-20131203
• [Presentation] p53非存在下でのATF3の機能 (2013)
  • Author(s): 井上 允，藤沢 晃久，枝川 真，川内 潤也，関根 茂樹，北嶋 繁孝
  • Organizer: 第36回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 神戸ポートアイランド（兵庫県）
  • Year and Date: 20131203-20131203
• [Presentation] IRF8 inhibits the activity of C/EBPs to restrain neutrophil development in monocyte-DC progenitors (2013)
  • Author(s): Kurotaki D., Yamamoto M., Uno K., Nishiyama A., Nakabayashi J., Morse H.C. 3rd., Ozato K., Tamura T.
  • Organizer: 第75回日本血液学会学術集会
  • Place of Presentation: ロイトン札幌（北海道）
  • Year and Date: 20131012-20131012
• [Presentation] The diverse pharmacological effects of thalidomide (2013)
  • Author(s): Yamaguchi, Y.
  • Organizer: BioJapan 2013 World Business Forum
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県）
  • Year and Date: 20131009-20131011
• [Presentation] The transcription factor IRF8 overrides BCR-ABL to rescue dendritic cell development in chronic myeloid leukemia (2013)
  • Author(s): Watanabe T., Hotta C., Koizumi S., Miyashita K., Nakabayashi J., Kurotaki D., Sato R. G., Yamamoto M., Nishiyama A., Aihara M., Ishigatsubo Y., Tamura T.
  • Organizer: 2013 Inaugural Meeting of the International Cytokine and Interferon Society
  • Place of Presentation: Hyatt Regency San Francisco（米国カリフォルニア州）
  • Year and Date: 20131002-20131002
• [Presentation] The IRF8-KLF4 transcription factor cascade is essential for the development of monocytes (2013)
  • Author(s): Kurotaki D., Osato N., Nishiyama A., Yamamoto M., Ban T., Sato H., Nakabayashi J., Umehara M., Nakazawa M., Miyake N., Matsumoto N., Ozato K., Tamura T.
  • Organizer: 2013 Inaugural Meeting of the International Cytokine and Interferon Society
  • Place of Presentation: Hyatt Regency San Francisco（米国カリフォルニア州）
  • Year and Date: 20131002-20131002
• [Presentation] The transcription factor IRF8 is required for the development of basophils (2013)
  • Author(s): Sasaki H., Kurotaki D., Sato H., Morse HC III., Ozato K., Tamura T.
  • Organizer: 2013 Inaugural Meeting of the International Cytokine and Interferon Society
  • Place of Presentation: Hyatt Regency San Francisco（米国カリフォルニア州）
  • Year and Date: 20131002-20131002
• [Presentation] A dynamic and long-range chromatin control of Klf4 transcription by IRF8 in monocyte differentiation (2013)
  • Author(s): Nishiyama A, Kurotaki D, Tamura T
  • Organizer: 12th Human Proteome Organization World Congress
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県）
  • Year and Date: 20130916-20130916
• [Presentation] M期での転写メモリーとストレス応答におけるBRD4の役割 (2013)
  • Author(s): 西山 晃，田村智彦，Keiko Ozato
  • Organizer: 第86回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県）
  • Year and Date: 20130913-20130913
• [Presentation] DSIF and NELF interact with Integrator and participate in 3’ processing of snRNA genes: A possible mechanism controlling the fate of Pol II (2013)
  • Author(s): Yamaguchi, Y., Yamamoto, J., and Handa, H.
  • Organizer: CSHL Meeting on Mechanisms of Eukaryotic Transcription
  • Place of Presentation: Cold Spring Harbor Laboratory（米国ニューヨーク州）
  • Year and Date: 20130827-20130831
• [Presentation] 転写因子IRF8は単球-樹状細胞前駆細胞においてC/EBPαの機能を阻害し、好中球分化能の喪失をもたらす (2013)
  • Author(s): 黒滝大翼，山本道雄，宇野和宏，西山 晃，中林 潤，中澤正年，Herbert C. Morse III，Keiko Ozato，田村智彦
  • Organizer: 第24回日本生体防御学会学術総会
  • Place of Presentation: くまもと森都心プラザ（熊本県）
  • Year and Date: 20130712-20130712
• [Presentation] The IRF8-KLF4 transcription factor cascade critically regulates the development of inflammatory monocytes (2013)
  • Author(s): Kurotaki D., Osato N., Nishiyama A., Yamamoto M., Ban T., Sato H., Nakabayashi J., Umehara M., Nakazawa M., Miyake N., Matsumoto N., Ozato K., Tamura T.
  • Organizer: The Joint International Meeting of the Japanese Society for Interferon and Cytokine Research and Macrophage Molecular and Cellular Biology 2013
  • Place of Presentation: 都市センターホテル（東京都）
  • Year and Date: 20130520-20130520
• [Presentation] The transcription factor IRF8 is required for the development of basophils (2013)
  • Author(s): Sasaki H., Kurotaki D., Sato H., Morse H.C. III, Ozato K., Tamura T.
  • Organizer: The Joint International Meeting of the Japanese Society for Interferon and Cytokine Research and Macrophage Molecular and Cellular Biology 2013
  • Place of Presentation: 都市センターホテル（東京都）
  • Year and Date: 20130520-20130520
• [Remarks] 新学術領域「転写サイクル」
  • URL: http://transcriptioncycle.org