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2022/01/21

海洋細菌叢・ウイルス叢が持つDNA化学修飾（エピゲノム）を大規模に解明

プレスリリース

比較ゲノム解析研究室

Figure1

Diverse DNA modification in marine prokaryotic and viral communities.

Satoshi Hiraoka, Tomomi Sumida, Miho Hirai, Atsushi Toyoda, Shinsuke Kawagucci, Taichi Yokokawa, Takuro Nunoura

Nucleic Acids Research 2022 January 21 DOI:10.1093/nar/gkab1292

プレスリリース資料

国立研究開発法人海洋研究開発機構（理事長 松永 是）海洋機能利用部門 生命理工学センター 深海バイオリソース研究グループの平岡 聡史 研究員らは、情報・システム研究機構 国立遺伝学研究所と共同で、房総半島沖から採取された海水試料を分析し、海洋微生物叢が持つゲノム上のDNA化学修飾（エピゲノム）を大規模に明らかにしました。

細菌や古細菌、二本鎖DNAウイルスは、ヒトなどの真核生物と同様に、生体内でゲノムDNAに化学修飾が起きることが知られており、生理学的に重要な役割を担うと考えられています。そのため、微生物のゲノム情報や遺伝子情報とあわせてエピゲノム情報を取得し、その機能を明らかにしていくことは、海洋や土壌、腸内といったさまざまな環境に生息する微生物の生理生態を理解する上で重要です。しかしながら、DNA化学修飾を観測する技術的な難しさや、環境中の微生物叢の大半を占める未培養系統が存在するため、微生物エピゲノムに関する研究は十分に進んでいません。

そこで本研究では、メタゲノム解析とエピゲノム解析を組み合わせた「メタエピゲノム解析」 と呼ばれる非培養的な解析手法を利用して、表層から深海に至る4層の海水試料を対象に、微生物叢が持つDNA化学修飾をより大規模に解析しました。その結果、海洋微生物叢が持つエピゲノムの多様性や系統的分布が、初めて明らかになりました。さらに、これらのDNA化学修飾を引き起こす新規酵素を複数発見したほか、より詳細なゲノム解析からDNA化学修飾が微生物の進化や生態に密接に関わることが示唆されました。本研究は、塩基配列のみを解析対象とする狭義のゲノム解析を越えて、DNA化学修飾（エピゲノム）をも含む広義のゲノム解析を行うことで、微生物の生理生態や進化により深くアプローチできることを示した成果です。

本成果は「Nucleic Acids Research」に1月21日付でオンライン公開されました（オープンアクセス）。

なお、本研究の一部は文部科学省 科学研究費補助金（JP16H06429、JP16K21723、JP16H06437、JP19H05684、JP19H05679）、日本学術振興会 科学研究費補助金（P18K11636、JP19H04246、JP19K21203、JP20K15444、JP20H02020）、および公益財団法人発酵研究所 若手研究者助成（Y-2020-2-017）によって実施されました。

遺伝研の貢献
海洋微生物叢を対象とした大規模なメタエピゲノム解析を目指して、表層から深海に至る海水試料からPacBio SequelとOxford Nanopore GridIONを用いてゲノム情報を整備しました。

Figure1
図: 微生物エピゲノムの概要。代表的なDNA化学修飾の例（左）と、DNA化学修飾が担っている機能の一般的な例（右）を示した。 ※画像素材として、Togo Picture Gallery(© 2016 DBCLS TogoTV)を利用。
2022/01/20

前島研究室　総研大生・南克彦さんが2021年度生命科学リトリートでポスター賞を受賞

受賞ポスターと南さん
受賞ポスターと南さん

　前島研究室　南克彦さん（総研大・遺伝学専攻D4）が、2021年12月22-23日に開催された2021年度総研大生命科学リトリートで発表をおこない、ベスト・ポスター賞を受賞しました。


　 　

受賞ポスタータイトル：

　「Single nucleosome imaging through endogenously labeled replication-dependent histone H3」

ゲノムダイナミクス研究室　前島研究室　

2022/01/19

デグロン技術はなぜ細胞核機能の研究に役立つのか？

鐘巻研究室・分子細胞工学研究室

Ligand-induced degrons for studying nuclear functions

Masato T. Kanemaki

Current Opinion in Cell Biology, advanced online publication (2022) 74, 29–36 DOI:10.1016/j.ceb.2021.12.006

転写、DNA複製、DNA修復等の核内反応は、細胞増殖や染色体分配と密接に関係しています。通常培養細胞は24時間程度で2倍に増殖するため、核内反応に関与するタンパク質の機能を調べるには、数分〜数時間以内に標的タンパク質を除去し、その影響を調べることが、二次的影響を避けるために重要です（図１）。標的タンパク質を迅速分解除去することを可能にする「デグロン法」は、まさに細胞核機能の研究に適した手法といえます。

Figure1
図1：デグロンとsiRNAを用いた際の、標的タンパク質除去の影響比較

本総説論文では、当研究室が開発したオーキシンデグロン（AID）法を含め、これまでに開発されたデグロン技術を説明し、それらがどのような細胞核機能研究に役立ってきたかを紹介しました（図２）。デグロン技術は比較的新たな研究手法であるため、今後多くの細胞核機能研究に役立つと予想されます。

Figure1
図2：これまでに開発されたリガンド依存的デグロン法。AID法以外は、創薬分野で利用が期待される標的タンパク質分解薬技術を応用している。

本論文はCurrent Opinion in Cell Biology誌が2022年6月に発行する「細胞核」特集号に掲載されます。この特集号は遺伝研の前島一博教授及び、イスラエル・ヘブライ大学のEran Meshorer教授によって編集されています。

2022/01/18

「地球バイオゲノムプロジェクト」の進捗について科学雑誌「PNAS」で紹介されました

「地球バイオゲノムプロジェクト（EBP: Earth BioGenome Project）」は2018年に始まった非営利目的の国際プロジェクトで、150万にものぼる地球上に確認されている全ての真核生物種のゲノムDNAの配列情報を10年間でカタログ化するというものです。国立遺伝学研究所から、軟骨魚類のゲノム配列解析プロジェクト「Squalomix」を率いる分子生命史研究室の工樂教授が参加しています。地球上の全ての真核生物のゲノム情報を明らかにすることにより、生物多様性の保護や自然との共生を通した人類社会の存続のための解決策を見出していきます。今回、EBPの計画にある3つのフェーズのうちの最初のフェーズが完了に近づいていることをうけて、活動の概要が報告されました。

  • PNASの記事
    • The Earth BioGenome Project 2020: Starting the Clock.
    Harris A. Lewin et al.
    PNAS 2022 January 17 DOI:10.1073/pnas.2115635118

～工樂教授のコメント～

ゲノム情報だけで答えられる問いは多くはありませんが、やはり分子レベルの生命科学研究の欠かせない土台です。それに多様な解析を積み上げることにより、生命の多様性の歴史や自然の「いま」をより深く理解できるはずです。日本固有の生物相にとくに注目し、世界の拠点と連携して、DNA情報を読み取る努力を続けて参ります。


プレスリリース資料

2022/01/17

新型コロナウイルス感染症に関する遺伝研の対応について【2022年1月17日版】

2022/01/13

『一般公開2022』開催中止 のお知らせ

2022年4月に開催を予定しておりました国立遺伝学研究所『一般公開2022』は、新型コロナウイルスの感染拡大防止の観点から昨年に続き開催中止を決定いたしました。

楽しみにされていた皆様におかれましては大変申し訳ございませんが、何卒ご理解をいただきたく宜しくお願い申し上げます。


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