Murano, Kensaku



School of Medicine, Department of Molecular Biology Department of Molecular Biology (Shinanomachi)


Assistant Professor/Senior Assistant Professor

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Research Areas 【 Display / hide

  • Life Science / Genome biology


Books 【 Display / hide

  • タンパク質発現プロトコール

    Muarano Kensaku, 羊土社, 2010

    Scope: 哺乳動物細胞

  • Recent DNA Structure, Chromatin and Gene Expression

    Muarano Kensaku, Transworld Research Network, 2006

    Scope: Molecular and physiological roles of histone chaperones

  • クロマチンと遺伝子機能制御

    Muarano Kensaku, シュプリンガー・フェアラーク東京, 2003

    Scope: ヒトモデルとしてのマウスとウイルスからみたクロマチン制御

Papers 【 Display / hide

  • Template Activating Factor-I α Regulates Retroviral Silencing during Reprogramming

    Bui P., Nishimura K., Seminario Mondejar G., Kumar A., Aizawa S., Murano K., Nagata K., Hayashi Y., Fukuda A., Onuma Y., Ito Y., Nakanishi M., Hisatake K.

    Cell Reports (Cell Reports)  29 ( 7 ) 1909 - 1922.e5 2019.11

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    © 2019 The Author(s) Reprogramming somatic cells to induced pluripotent stem cells (iPSCs) is accompanied by dramatic changes in epigenetic programs, including silencing of endogenous and exogenous retroviruses. Here, we utilized replication-defective and persistent Sendai virus (SeVdp)-based vectors to monitor retroviral silencing during reprogramming. We observed that retroviral silencing occurred at an early reprogramming stage without a requirement for KLF4 or the YY1-binding site in the retroviral genome. Insertional chromatin immunoprecipitation (iChIP) enabled us to isolate factors assembled on the silenced provirus, including components of inhibitor of histone acetyltransferase (INHAT), which includes the SET/TAF-I oncoprotein. Knockdown of SET/TAF-I in mouse embryonic fibroblasts (MEFs) diminished retroviral silencing during reprogramming, and overexpression of template activating factor-I α (TAF-Iα), a SET/TAF-I isoform predominant in embryonic stem cells (ESCs), reinforced retroviral silencing by an SeVdp-based vector that is otherwise defective in retroviral silencing. Our results indicate an important role for TAF-Iα in retroviral silencing during reprogramming.

  • Essential roles of Windei and nuclear monoubiquitination of Eggless/SETDB1 in transposon silencing.

    Osumi K, Sato K, Murano K, Siomi H, Siomi MC

    EMBO reports    e48296 2019.10

    Joint Work, Accepted,  ISSN  1469-221X

  • Nuclear RNA export factor variant initiates piRNA-guided co-transcriptional silencing.

    Murano K, Iwasaki YW, Ishizu H, Mashiko A, Shibuya A, Kondo S, Adachi S, Suzuki S, Saito K, Natsume T, Siomi MC, Siomi H

    The EMBO journal (EMBO Journal)  38 ( 17 ) e102870 2019.09

    Joint Work, Accepted,  ISSN  02614189

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    © 2019 The Authors The PIWI-interacting RNA (piRNA) pathway preserves genomic integrity by repressing transposable elements (TEs) in animal germ cells. Among PIWI-clade proteins in Drosophila, Piwi transcriptionally silences its targets through interactions with cofactors, including Panoramix (Panx) and forms heterochromatin characterized by H3K9me3 and H1. Here, we identified Nxf2, a nuclear RNA export factor (NXF) variant, as a protein that forms complexes with Piwi, Panx, and p15. Panx–Nxf2–P15 complex formation is necessary in the silencing by stabilizing protein levels of Nxf2 and Panx. Notably, ectopic targeting of Nxf2 initiates co-transcriptional repression of the target reporter in a manner independent of H3K9me3 marks or H1. However, continuous silencing requires HP1a and H1. In addition, Nxf2 directly interacts with target TE transcripts in a Piwi-dependent manner. These findings suggest a model in which the Panx–Nxf2–P15 complex enforces the association of Piwi with target transcripts to trigger co-transcriptional repression, prior to heterochromatin formation in the nuclear piRNA pathway. Our results provide an unexpected connection between an NXF variant and small RNA-mediated co-transcriptional silencing.

  • Tbx6 Induces Nascent Mesoderm from Pluripotent Stem Cells and Temporally Controls Cardiac versus Somite Lineage Diversification.

    Sadahiro T, Isomi M, Muraoka N, Kojima H, Haginiwa S, Kurotsu S, Tamura F, Tani H, Tohyama S, Fujita J, Miyoshi H, Kawamura Y, Goshima N, Iwasaki YW, Murano K, Saito K, Oda M, Andersen P, Kwon C, Uosaki H, Nishizono H, Fukuda K, Ieda M

    Cell stem cell (Cell Stem Cell)  23 ( 3 ) 382 - 395.e5 2018.09

    Joint Work, Accepted,  ISSN  19345909

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    © 2018 Elsevier Inc. The mesoderm arises from pluripotent epiblasts and differentiates into multiple lineages; however, the underlying molecular mechanisms are unclear. Tbx6 is enriched in the paraxial mesoderm and is implicated in somite formation, but its function in other mesoderms remains elusive. Here, using direct reprogramming-based screening, single-cell RNA-seq in mouse embryos, and directed cardiac differentiation in pluripotent stem cells (PSCs), we demonstrated that Tbx6 induces nascent mesoderm from PSCs and determines cardiovascular and somite lineage specification via its temporal expression. Tbx6 knockout in mouse PSCs using CRISPR/Cas9 technology inhibited mesoderm and cardiovascular differentiation, whereas transient Tbx6 expression induced mesoderm and cardiovascular specification from mouse and human PSCs via direct upregulation of Mesp1, repression of Sox2, and activation of BMP/Nodal/Wnt signaling. Notably, prolonged Tbx6 expression suppressed cardiac differentiation and induced somite lineages, including skeletal muscle and chondrocytes. Thus, Tbx6 is critical for mesoderm induction and subsequent lineage diversification. Sadahiro et al. show that Tbx6 is critical for mesoderm induction and subsequent lineage diversification from pluripotent stem cells (PSCs). Transient Tbx6 expression induced nascent mesoderm and cardiovascular lineages from mouse and human PSCs, whereas prolonged Tbx6 expression suppressed cardiac differentiation and induced somite lineages, including skeletal muscle and chondrocytes.

  • Profiling Open Chromatin Structure in the Ovarian Somatic Cells Using ATAC-seq.

    Murano K, Iwasaki YW, Siomi H

    Methods in molecular biology (Clifton, N.J.) (Methods in Molecular Biology)  1680   165 - 177 2018

    Joint Work, Accepted,  ISSN  10643745

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    © 2018, Springer Science+Business Media LLC. The assay for transposase-accessible chromatin using sequencing (ATAC-seq) was recently established as a method to profile open chromatin, which overcomes the sample size limitations of the alternative methods DNase/MNase-seq. To investigate the role of Piwi in heterochromatin formation around transposable element loci, we have used ATAC-seq to examine chromatin accessibility at target transposable elements in a Drosophila cultured cell line, ovarian somatic cells (OSCs). In this chapter, we describe our method to profile open chromatin structure in OSCs using ATAC-seq.

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  • トランスポゾンによる全能性制御機構の解析


    MEXT,JSPS, Grant-in-Aid for Scientific Research, Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory), Principal investigator

  • 小分子RNAによるトランスポゾン転写抑制機構の解析


    MEXT,JSPS, Grant-in-Aid for Scientific Research, Grant-in-Aid for Scientific Research (B), Principal investigator

  • 非コードRNAによる生殖細胞ゲノムの恒常性維持機構


    MEXT,JSPS, Grant-in-Aid for Scientific Research, Grant-in-Aid for Scientific Research (C), Principal investigator

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    生殖細胞系列で転移と増殖を繰り返すレトロトランスポゾンは、生命の次世代継承にとって脅威である。非コード小分子RNA(piRNA)とPIWIタンパク質の複合体は、配列情報と相補的なレトロトランスポゾンを抑制し、ゲノムの恒常性を維持している。本研究ではPIWI-piRNA経路の解析を通じて、宿主が非自己であるレトロトランスポゾンを寛容・承認し、「ゲノムの恒常性を維持しつつ進化していく過程」の理解を目的としている。生殖細胞に発現するPIWI-piRNA経路の機能は、倫理的な問題からヒトでの解析は困難であり、マウスを使った場合でも試料の少なさから生化学的解析が遅れている。そこで、本研究では機能的PIWI-piRNA経路を保持するヒトまたはマウス培養細胞株の確立を目指している。Fred Gage博士の研究チームは、霊長類であるヒト、ボノボ、チンパンジーのiPS細胞を構築し、RNA-seqによる遺伝子発現パターンを比較した。その結果、ヒトiPS細胞では、他の二つの霊長類iPS細胞に比べて、PIWI遺伝子の一つPIWIL2の発現量が高いことが明らかとなった。我々もヒトiPS細胞内でPIWIL2のmRNAを検出できた。以上の結果から、ヒトiPS細胞は我々の求める「機能的PIWI-piRNA経路を保持する培養細胞株」の第一候補となっている。しかしながら、この報告を含めてこれまでにヒトPIWIL2-piRNA複合体の実体は検出されていない。そこでヒトPIWIL2に対するモノクローナル抗体を作製した。残念ながらヒト精巣抽出液を用いたウェスタンブロッティング法ではヒトPIWIL2の発現を確認できるものの、ヒトiPS細胞でヒトPIWIL2の発現は検出できなかった。現在、ヒト精巣腫瘍由来細胞株に着目してヒトPIWIL2-piRNA複合体を発現する細胞株の探索を続けている
    これまでにmRNAレベルにおいてPIWIL2を発現する培養細胞株が多数報告されている。それら細胞株を取り寄せて、構築したヒトPIWIL2に対するモノクローナル抗体を用いて評価を行う。また、免疫沈降法により結合している小分子RNAの有無を評価することにより、我々の求める機能的PIWI-piRNA経路を保持する培養細胞株の探索を続ける。また、培養細胞の改変により求める細胞株の構築を試みる。転写因子A-MYBはマウスにおいてpiRNA前駆体をはじめ、PIWI-piRNA経路に関わる遺伝子(Piwi1, Piwil2, MitoPld, Mov10l1, Vasa等)の転写反応を正に制御しているが明らかとなっている。したがって転写因子A-MYBの強制発現により機能的PIWI-piRNA経路を保持する細胞株が得られると考えている。候補となっている細胞株にA-MYBの強制発現を予定している。

  • 新規高感度レポーター系を用いたrRNA遺伝子の種特異的転写開始機構の解析


    University of Tsukuba, Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area), No Setting

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    rRNA遺伝子の転写反応は厳格な種特異性を示す。ヒトrRNA遺伝子はマウス細胞内で転写されず、またマウスrRNA遺伝子はヒト細胞内で転写されない。この種特異的転写は、マルチサブユニット因子SL1(ヒト)およびTIF-IB(マウス)に起因する。SL1/TIF-IBはrRNA遺伝子のコアプロモーターを認識し、転写開始点を規定する。rRNA遺伝子の転写開始反応を支配する複合体であるにもかかわらず、これまで構成因子によるSL1/TIF-IB活性の再構成はなされてこなかった。我々は、マウス細胞内においてヒトrRNA遺伝子転写を再構成し、マウス細胞内におけるSL1活性にはヒト由来の4種類のTAFI(TBP-associate factor I)が必要かつ十分であることを示してきた。一方で、マウス由来の4種類のTAFIを発現させても、ヒト細胞内においてマウスrRNA遺伝子転写を再構成することができなかった。試験管内転写反応系においても、HeLa細胞核抽出液はマウスF9細胞核抽出液を用いたマウスrRNA遺伝子転写を阻害した。また、マウスF9細胞核抽出液はHeLa細胞核抽出液を用いたヒトrRNA遺伝子の転写反応を阻害することが明らかとなった。そこで、SL1とTIF-IBはそれぞれマウスとヒトのrRNA遺伝子転写に干渉する可能性を検討した。マウス細胞内においてSL1構成因子の過剰発現は、マウスrRNA遺伝子の転写反応を強く抑制した。また、siRNAを用いてSL1構成因子の発現抑制を試みたところ、HeLa細胞内においてTIF-IB構成因子の過剰発現によりマウスrRNA遺伝子の転写に成功した。以上の結果から、HeLa細胞内におけるマウスrRNA遺伝子転写では、SL1がTIF-IB活性に干渉することが明らかとなった。

  • Dynamics of sperm chromatin


    University of Tsukuba, MURANO Kensaku, NAGATA Kyosuke, Grant-in-Aid for Scientific Research (C), No Setting

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    Sperm chromosome forms highly condensed chromatin structure during spermatogenesis to send their information to next generation. We focus on a biological similarity between adenovirus infection cycle and spermatogenesis/fertilization. A histone chaperone, TAF-I, is not only able to remodel adenoviral chromatin structure, but also to make sperm chromatin decondensed in vitro. A series of experiments suggests that TAF-I is involved in cell growth during differentiation and development through its histone chaperone activity.

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