Successfully reported this slideshow.
We use your LinkedIn profile and activity data to personalize ads and to show you more relevant ads. You can change your ad preferences anytime.

メディエーター複合体による転写伸長制御

434 views

Published on

第2回バイオインフォマティクスアゴラ
場所:東京工業大学 大岡山キャンパス
   蔵前会館1F 「くらまえホール」
日時:2016年7月15日(金) 13時から
https://sites.google.com/site/itohmasumisym/home/bioinformaticsagora2

プログラム

13:00 - 開会
13:10 - 13:30 瀧川一学 「メディエーター複合体による転写伸長制御」
13:30 - 13:50 橋本浩介 「肝臓がん及び周辺組織におけるB型肝炎ウイルスの発現解析」

13:50 - 14:10 休憩

14:10 - 14:30 重水大智 「疾患原因遺伝子同定のためのエクソーム解析の現在」
14:30 - 14:50 吉沢明康 「ポストだけれど葉書じゃない、タンパクだけど淡泊じゃない」

14:50 - 15:00 休憩

15:00 - 17:30 テーマディスカッション (モデレーター:山田拓司)

17:30 - 閉会
18:00 - 懇親会

Published in: Science
  • Be the first to comment

  • Be the first to like this

メディエーター複合体による転写伸長制御

  1. 1. メディエーター複合体による転写伸長制御 北海道大学 情報科学研究科 瀧川 一学 takigawa@ist.hokudai.ac.jp 第77首 瀬を早み 岩にせかるる滝川の われても末に逢はむとぞ思ふ (川瀬が早く岩にせき止められた急流が分かれてもまた一つになる ように、ひとたび離れ離れとなってもまたいつか逢おうと思う) 伊藤真純氏を偲ぶ > 第二回バイオインフォマティクスアゴラ
  2. 2. 伊藤真純氏を偲ぶ > 日時:2016年7月15日(金) 場所:東京工業大学 大岡山キャンパス 蔵前会館1F 「くらまえホール」 プログラム 13:00 - 開会 13:10 - 13:30 瀧川一学 「メディエーター複合体による転写伸長制御」 13:30 - 13:50 橋本浩介 「肝臓がん及び周辺組織におけるB型肝炎ウイルスの発現解 析」 13:50 - 14:10 休憩 14:10 - 14:30 重水大智 「疾患原因遺伝子同定のためのエクソーム解析の現在」 14:30 - 14:50 吉沢明康 「ポストだけれど葉書じゃない、タンパクだけど淡泊じゃない」 14:50 - 15:00 休憩 15:00 - 17:30 テーマディスカッション (モデレーター:山田拓司) 17:30 - 閉会 18:00 - 懇親会 第2回バイオインフォマティクスアゴラ
  3. 3. 2010.7.24 @ The White House, DC 重水大智 瀧川純子 瀧川一学 橋本浩介
  4. 4. バイセン助手会 @ 焼肉処 和牛・貴, 宇治, 2005/6/17(金) バイセン助手会 @ マダン, 宇治, 2005/10/8(土)
  5. 5. 仕事的な近況 • 2005.4.1〜2011.12.31@化研、北大テニュアトラックへ • 2014.10.1付でテニュアポストをいただき現在に至る • 所属は情報科学研究科・情報理工学専攻。隣に(真純ちゃん のいた)生命人間情報科学専攻があるしバイオ色はゼロ。 • 大規模知識処理研究室 (湊真一教授, 石畠特任助教) 私の専門は機械学習ですが、学生さんとは主に離散構造ま わりの列挙・最適化・学習をやっています。特に二部決定 グラフ(BDD)、決定木、論理関数学習、組合せ列挙など。 →BIC的に言えば研究対象が阿久津研に寄ったって感じ? • 共同研究: SNP/CNV解析、ゲノムの反復配列解析、細胞 生物学(少数性生物学・透明化)、ネットワーク解析、etc. • 最近、奇妙な縁で材料科学に巻き込まれ中 (JSTさきがけ)
  6. 6. メディエーター複合体による転写伸長制御 北海道大学 情報科学研究科 瀧川 一学 takigawa@ist.hokudai.ac.jp
  7. 7. 本日の話 下記論文• の概要を簡単に紹介 (機械学習は使いません…) 要点• • 分かったこと︓MED26はLEC複合体をリクルートすることで snRNA遺伝子の発現を制御する 第一著者• の高橋秀尚さん(医)はテニュアトラック同期の同僚 中山敬一(九大・生体防御医学研究所)ラボ出身 Ron & Joan• Conawayラボ(Stowers Institute)の専売特許の メディエーターや転写伸長因子の複合体が絡む転写制御が関心 瀧川• はChIP Seqのデータ処理と解析を担当 Nat Commun. 2015 Jan 9;6:5941. doi: 10.1038/ncomms6941. MED26 regulates the transcription of snRNA genes through the recruitment of little elongation complex. Takahashi H, Takigawa I, Watanabe M, Anwar D, Shibata M, Tomomori-Sato C, Sato S, Ranjan A, Seidel CW, Tsukiyama T, Mizushima W, Hayashi M, Ohkawa Y, Conaway JW, Conaway RC, Hatakeyama S.
  8. 8. ChIP-Seq (全ゲノムクロマチン免疫沈降シークエンス) DNA-Protein Complex (Sample) Fragment DNA sonicating ChIP antibody Immunoprecipitation (IP) Release Short DNAMapping onto Reference Genome Peak Calling Peak Detection Sequencing + QC fastqSAM bowtie BAM samtools bed macs2peak annotation (TSS±1kbp) R/igv bigWig クロマチンの クロスリンク(固定化) と断片化 IPでDNA結合部位 を濃縮 洗浄・溶出 シークエンスピーク検出 生細胞中で特定のタンパク質が結合するDNA部位を選択的に濃縮 対象のタンパク質 に特異的な抗体
  9. 9. 転写 真核生物の3種類のRNAポリメラーゼ 細胞外からのさまざまな刺激は、最 終的に転写因子に伝達され、Pol II による遺伝子(DNA)情報のRNAへ の転写を開始 RNA polymerase I (Pol I): Ribosomal RNA (rRNA) RNA polymerase II (Pol II)︓ messenger RNA (mRNA), non-coding RNAs RNA polymerase III (Pol III): Transfer RNA (tRNA)
  10. 10. 転写のしくみ 遺伝子領域転写因子 結合部位 プロモーター
  11. 11. 転写のしくみ 遺伝子領域転写因子 結合部位 プロモーター
  12. 12. 転写のしくみ 遺伝子領域転写因子 結合部位 プロモーター
  13. 13. 転写のしくみ 遺伝子領域転写因子 結合部位 プロモーター
  14. 14. 転写のしくみ 遺伝子領域転写因子 結合部位 プロモーター
  15. 15. 転写のしくみ 遺伝子領域転写因子 結合部位 プロモーター
  16. 16. 転写 転写のしくみ 遺伝子領域転写因子 結合部位 プロモーター
  17. 17. 転写 転写のしくみ 遺伝子領域転写因子 結合部位 プロモーター non-coding RNA Messenger RNA
  18. 18. 翻訳 転写 転写のしくみ 遺伝子領域転写因子 結合部位 プロモーター non-coding RNA Messenger RNA
  19. 19. 翻訳 転写 転写のしくみ 遺伝子領域転写因子 結合部位 プロモーター non-coding RNA Messenger RNA タンパク質
  20. 20. 翻訳 転写 転写のしくみ さまざまな転写因子からの指令に応じて、RNAポリメラーゼII は遺伝子(DNA)の情報をRNAに転写する。 遺伝子領域転写因子 結合部位 プロモーター non-coding RNA Messenger RNA タンパク質
  21. 21. 転写開始前複合体1. の形成(Pre-initiation complex formation) 転写開始2. (Initiation) 転写伸長3. (Elongation) 転写終結4. (Termination) 転写のプロセス ③ 転写伸長 (Elongation)
  22. 22. 転写伸長の制御とは
  23. 23. 転写伸長の制御とは
  24. 24. 誤った塩基の取り込みや転写伸長を抑制する因子などのさまざまな 要因によってPol IIは一時停止(Pausing: ポージング)する。 転写伸長の制御とは
  25. 25. ①ELL/EAFやElongin AはPol IIに直接作用し、Pol IIのポージングを解除し 転写伸長を促進する。 ②P-TEFb(CDK9/CycT)はPol IIの最大サブユニットRpb1や転写伸長を抑制 する因子(DSIFやNELF)をリン酸化することで転写伸長を促進する。 転写伸長因子によるPol IIの一時停止(ポージング)の解除 新生RNA合成の再開 Elongin A TFIIF TFIIS
  26. 26. 非常に多くの遺伝子において、Pol IIは転写開始の直後に 一時停止(Pausing: ポージング)している。 原がん遺伝子(Myc, Fos) ヒートショック遺伝子(Hsp70) 血清応答性遺伝子 (Jun, Egrなど) 発生制御遺伝子(Snail, Hoxなど) その他 “Promoter proximal pausing” RNAやChIPシークエンスなどの解析により、非常に多くのヒト遺伝子(約30%の 可能性)において、この現象がみられることがわかってきた。 Core LJ, et al. Science 2008
  27. 27. 転写伸長因子によって、Pol IIの一時停止(ポージング)は解除される。 Hsp70 ? 転写伸長因子がどのようにして、時期特異的に特定の遺伝子の プロモーター領域にリクルートされるのか? プロモーター プロモーター 活性化シグナル
  28. 28. メディエーター複合体は転写因子の活性化シグナルを基本転写因子やPol IIに 伝達する(仲介する:Mediate)のに必要なコアクチベーターとして発見された。 メディエーターは出芽酵母では20個、ヒトでは31個のサブユニットから構成 される、転写複合体である。
  29. 29. メディエーターは4つのサブモジュールからなる。 Head Middle Tail Kinase module Yin J, et al. Development 2014
  30. 30. メディエーターは基本転写因子や Pol IIをプロモーターにリクルート する。 メディエーターは転写因子によって プロモーターにリクルートされる。 メディエーターはさまざまな因子をプロモーターにリクルートする 役割を果す。
  31. 31. メディエーターには複数のフォームがある
  32. 32. 強いコアクチベーター メディエーターには複数のフォームがある 多細胞生物に特有のサブユニットMed26を含むメディエーターは、細胞内 で多くのPol IIと結合し、転写の活性化において重要な役割を果している。
  33. 33. 強いコアクチベーター メディエーターには複数のフォームがある 多細胞生物に特有のサブユニットMed26を含むメディエーターは、細胞内 で多くのPol IIと結合し、転写の活性化において重要な役割を果している。 Med26のN末端ドメイン(NTD)は、転写伸長因子のTFIISやElongin A のN末端ドメインと相同性がある。
  34. 34. Med26を含むメディエーターが転写伸長を制御する可能性? ?
  35. 35. ELL/EAFを共通コンポーネントとして含む2種類の転写伸長因子複合体 とTFIIDがMed26のN末端 (NTD: N-terminal domain) に結合する。 EAFは直接Med26の NTDに結合する。 質量分析計による解析 Takahashi H, et al. Cell 2011
  36. 36. c-Myc Hsp70 Med26はSECをc-MycやHsp70遺伝子のプロモーター領域 へとリクルートする。
  37. 37. 転座の結果生じたMLL融合タンパク質が、SECをHox遺伝子領域にリクルートし、 それらの遺伝子の発現を亢進させることが混合型急性白血病の発症メカニズム の1つであることがわかった。 Yokoyama A, et al: Cancer Cell, 2010 SECは混合型急性白血病(MLL)の発症メカニズムに関与している。 メディエーターもPol IIと共に(Med26とSECとの結合を介して)Hox遺伝子領域に リクルートされ、それらの遺伝子の発現を亢進させている可能性が考えられる。
  38. 38. LECの機能は?
  39. 39. LECの機能は?
  40. 40. SECとLECは、それぞれ異なる遺伝子群の転写伸長を制御する。 snRNAはRNAスプライシングにおいて機能する。
  41. 41. c-Myc、Hsp70、Snail2やHox遺伝子 などの転写制御 SECとLECは、それぞれ異なる遺伝子群の転写伸長を制御する。 snRNAはRNAスプライシングにおいて機能する。
  42. 42. c-Myc、Hsp70、Snail2やHox遺伝子 などの転写制御 SECとLECは、それぞれ異なる遺伝子群の転写伸長を制御する。 Lin C, Takahashi H, et al. Mol Cell. 2010 Takahashi H, et al. Cell. 2011 Yokoyama A, et al. Cancer Cell. 2010 snRNAはRNAスプライシングにおいて機能する。
  43. 43. c-Myc、Hsp70、Snail2やHox遺伝子 などの転写制御 一部のSmall nuclear RNA(snRNA)の転写制御 SECとLECは、それぞれ異なる遺伝子群の転写伸長を制御する。 Lin C, Takahashi H, et al. Mol Cell. 2010 Takahashi H, et al. Cell. 2011 Yokoyama A, et al. Cancer Cell. 2010 snRNAはRNAスプライシングにおいて機能する。
  44. 44. c-Myc、Hsp70、Snail2やHox遺伝子 などの転写制御 一部のSmall nuclear RNA(snRNA)の転写制御 SECとLECは、それぞれ異なる遺伝子群の転写伸長を制御する。 Edwin R, et al. Mol Cell. 2011 Lin C, Takahashi H, et al. Mol Cell. 2010 Takahashi H, et al. Cell. 2011 Yokoyama A, et al. Cancer Cell. 2010 Hu D, et al. Mol Cell. 2013 snRNAはRNAスプライシングにおいて機能する。
  45. 45. Med26はLittle elongation complex (LEC)をsnRNA 遺伝子領域にリクルートする役割を果たすのか?
  46. 46. Med26はLittle elongation complex (LEC)をsnRNA 遺伝子領域にリクルートする役割を果たすのか? KIAA0947 ChIP-sequence解析
  47. 47. snRNA 32% snoRNA 7% Other non- coding RNA 22% others 39% KIAA0947 ChIP-seq analysis
  48. 48. U4 snRNA U5 snRNA Med26をKnockdownすると、snRNA遺伝子領域における KIAA0947のChIP-sequenceのpeakが減少した。
  49. 49. U11 snRNA U12 snRNA Med26はKIAA0947のsnRNA遺伝子領域におけるリクルート に必要である。
  50. 50. Med26はLittle elongation complex (LEC)のsnRNA 遺伝子領域へのリクルートに必要か ?
  51. 51. Med26はLittle elongation complex (LEC)のsnRNA 遺伝子領域へのリクルートに必要か ?
  52. 52. Med26はLittle elongation complex (LEC)のsnRNA 遺伝子領域へのリクルートに必要か ?
  53. 53. Med26はLittle elongation complex (LEC)のsnRNA 遺伝子領域へのリクルートに必要か ?
  54. 54. Med26はLittle elongation complex (LEC)のsnRNA 遺伝子領域へのリクルートに必要か ?
  55. 55. Med26はLittle elongation complex (LEC)のsnRNA 遺伝子領域へのリクルートに必要か ? ChIP-qPCR analysis
  56. 56. Med26はsnRNA遺伝子領域へのLECのリクルートに必要である。
  57. 57. Med26もsnRNA遺伝子領域に存在するのか?
  58. 58. Med26もsnRNA遺伝子領域に存在するのか? Med26 ChIP-sequence
  59. 59. U4 snRNA U5 snRNA U11 snRNA U12 snRNA Med26もsnRNA遺伝子領域に存在する。
  60. 60. Med26はsnRNA遺伝子の発現制御に関わっているのか?
  61. 61. Med26はsnRNA遺伝子の発現制御に関わっているのか?
  62. 62. Med26はsnRNA遺伝子の発現制御に関わっているのか? ?
  63. 63. Pol III Med26のノックダウンによって、snRNA遺伝子の発現が減少した。
  64. 64. KIAA0947はCajal bodiesに共局在する. Cajal bodiesはsnRNP(small nuclear ribonucleic particles)産生や、snRNA 遺伝子の転写の場としても機能している。
  65. 65. Med26も、部分的にCajal bodiesに共局在する。
  66. 66. Med26変異体(R61A,K62A)を含むメディエーターは、 LECと結合しない。 R61A, K62A
  67. 67. ? R61A, K62A LECと結合しないMed26変異体は細胞内で機能するのか? マウス線維芽細胞 (Med26 -/-) + Med26-wt マウス線維芽細胞 (Med26 -/-) + Med26-mut (R61A, K62A)
  68. 68. Med26-wtはMed26-mutよりもsnRNAの転写を促進する。 Pol III Med26はLECをリクルートすることで、snRNA遺伝子の発現を制御する。
  69. 69. Med26はELL/EAFを共通コンポーネントとして有する2種類の転写伸長因子複 合体を、異なる遺伝子領域にリクルートする。
  70. 70. Med26はELL/EAFを共通コンポーネントとして有する2種類の転写伸長因子複 合体を、異なる遺伝子領域にリクルートする。 SECの場合
  71. 71. Med26はELL/EAFを共通コンポーネントとして有する2種類の転写伸長因子複 合体を、異なる遺伝子領域にリクルートする。 SECの場合 mRNA c-Myc, Hsp70, Hoxなどの遺伝子
  72. 72. Med26はELL/EAFを共通コンポーネントとして有する2種類の転写伸長因子複 合体を、異なる遺伝子領域にリクルートする。 SECの場合 LECの場合 mRNA c-Myc, Hsp70, Hoxなどの遺伝子
  73. 73. Med26はELL/EAFを共通コンポーネントとして有する2種類の転写伸長因子複 合体を、異なる遺伝子領域にリクルートする。 SECの場合 LECの場合 mRNA c-Myc, Hsp70, Hoxなどの遺伝子 一部のsnRNAやsnoRNA
  74. 74. TFIIDの機能は?
  75. 75. TFIIDの機能は?
  76. 76. TFIID複合体は基本転写因子の一つで、転写開始前複合体 の形成において、中心的な役割を果たす. TFIID複合体について
  77. 77. Med26と直接結合するTFIIDのサブユニットは?
  78. 78. Med26と直接結合するTFIIDのサブユニットは?
  79. 79. EAFのMed26結合部位の同定
  80. 80. EAF
  81. 81. EAF TAF7
  82. 82. TAF7はMed26のNTDに直接結合する。 In vitro binding assay
  83. 83. EAF TAF7 EAFとTAF7のMed26結合部位の同定 AAAA AAAA
  84. 84. EAFとTAF7の類似した領域が、Med26との結合に必要である。 In vitro binding assay
  85. 85. TAF7もsnRNA遺伝子領域に存在する。 U4 snRNA U5 snRNA
  86. 86. U11 snRNA U12 snRNA TAF7もsnRNA遺伝子領域に存在する。
  87. 87. Pol III TAF7をノックダウンすると、一部のsnRNA遺伝子の発現の 上昇がみられた。
  88. 88. TAF7はMed26によるLECのリクルートを阻害するのか? Immobilized template recruitment assay
  89. 89. TAF7はMed26によるLECのリクルートを阻害するのか? Immobilized template recruitment assay
  90. 90. TAF7はMed26によるLECのリクルートを阻害するのか? Immobilized template recruitment assay
  91. 91. TAF7はMed26によるLECのリクルートを阻害するのか? Immobilized template recruitment assay ?
  92. 92. TAF7はMed26によるEAFのリクルートを阻害する。
  93. 93. TAF7をノックダウンすると、一部のsnRNA遺伝子におけるLEC のリクルートの上昇がみられた。 LEC Pol II
  94. 94. ChIP-seq analysis of Med26, TAF7 and KIAA0947 LECによって制御される 一部のsnRNA遺伝子 Activation Repression LECによって制御される遺伝子の発現は、 Med26によって正に、TAF7によって負に制御される可能性が考えられる。 SECによって制御される遺伝子?
  95. 95. TAF7 TAF7 c-Myc, Hsp70 一部のsnRNA Med26による転写伸長制御のモデル Pol IIの一時停止 一時停止の解除
  96. 96. おわりに 一度• ふつうの分子生物学ぽい現場を知りたいなあということで あくまでバイオインフォマティシャン(?)に徹して参画 (本当の専門である機械学習・データマイニングは特に未使用) サイドワークなのでいわゆる• 「筆頭著者・責任著者にはなれない問 題」は気にしなくて良かった。 • 実データは面白いがきたない。あと、ゲノムワイドなデータはでか いのでアルゴリズムやデータ構造の工夫が大事。医学部の学生はす ごい優秀。 • 良い感じのゲノムブラウザの必要性。前処理やQCに事前知識必要 Nat Commun. 2015 Jan 9;6:5941. doi: 10.1038/ncomms6941. MED26 regulates the transcription of snRNA genes through the recruitment of little elongation complex. Takahashi H, Takigawa I, Watanabe M, Anwar D, Shibata M, Tomomori-Sato C, Sato S, Ranjan A, Seidel CW, Tsukiyama T, Mizushima W, Hayashi M, Ohkawa Y, Conaway JW, Conaway RC, Hatakeyama S. MED26はLEC複合体をリクルートすることで snRNA遺伝子の発現を制御する
  97. 97. Acknowledgement Chieri Tomomori-Sato Shigeo Sato Amol Ranjan Chris Seidel Ronald Conaway Joan Conaway Stowers Institute for Medical Research 北海道大学大学院医学研究科 生化学講座 医化学分野 高橋秀尚 Delnur Anwar 柴田 美音 築山 忠維 渡部 昌 畠山 鎮次 林 正康 大川 恭行 九州大学 医学研究院 先端医療医学部門 エピジェネティクス分野 新学術領域:転写サイクル 新学術領域:ゲノム支援

×