クロマチン構造上における減数分裂期組換えの分子機構

• Project/Area Number: 13J03652
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Molecular biology
• Research Institution: Waseda University
• Principal Investigator: 小林 航 早稲田大学, 理工学術院, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥3,200,000 (Direct Cost: ¥3,200,000); Fiscal Year 2015: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2014: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2013: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
• Keywords: 減数分裂期組換え / RAD51 / DMC1 / クロマチン / ヌクレオソーム / 組換えホットスポット / 相同鎖検索 / 相同的対合反応

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、相同組換え酵素RAD51およびDMC1の機能差異を明らかにし、減数分裂期組換えの分子機構を明らかにすることを目的とする。本年度はクロマチン構造上におけるRAD51とDMC1の機能差異に着目し、研究を行った。これまでに申請者は、DMC1-単鎖DNA複合体のヌクレオソームに対する結合性は、RAD51と比較して著しく低いことを見出している。本年度では、ヌクレオソームがDMC1-単鎖DNA複合体の結合を阻害する理由を明らかにすることを試みた。そこで、ヌクレオソームを構成するヒストンのN末端(ヒストンテール)に着目し、H2A、H2B、H3、H4のそれぞれのヒストンテールを欠損させたヌクレオソームを試験管内で再構成した。再構成したヌクレオソームを用いて、ヒストンテールがRAD51-単鎖DNA複合体およびDMC1-単鎖DNA複合体のヌクレオソームに対する結合性に与える影響を解析した。その結果、ヒストンテールはDMC1-単鎖DNA複合体のヌクレオソームに対する結合を阻害することを明らかした。
本年度は新たな研究展開として、減数分裂期組換えにおけるシナプトネマ複合体の機能に着目し、研究を開始した。シナプトネマ複合体は、減数分裂期特異的な染色体構造であり、減数分裂期組換えの進行に必須である。シナプトネマ複合体構成因子の中でも、lateral elementを構成するSYCP3は減数分裂期組換えにおいて重要な役割を果たすことが、マウスを用いた解析から明らかになっている。そこで、SYCP3をリコンビナントタンパク質として精製し、SYCP3がRAD51とDMC1の相同的対合反応に与える影響を解析した。その結果、SYCP3はRAD51依存的な相同的対合反応を阻害するのに対し、DMC1依存的な相同的対合反応には影響を与えないことがわかった。現在、これらの分子機構の解明に向けた解析を行っている。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Chromatin architecture may dictate the target site for DMC1, but not for RAD51, during homologous pairing (2016)
  • Author(s): Kobayashi W., Takaku M., Machida S., Tachiwana H., Maehara K., Ohkawa Y. and Kurumizaka H
  • Journal Title: Scientific reports Volume: 6 Issue: 1 Pages: 24428-24428
  • DOI: 10.1038/srep24228
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Nap1 stimulates homologous recombination by RAD51 and RAD54 in higher-ordered chromatin containing histone H1. (2014)
  • Author(s): Machida, S., Takaku, M., Ikura, M., Sun, J., Suzuki, H., Kobayashi, W., Kinomura, A., Osakabe, A., Tachiwana, H., Horikoshi, Y., Fukuto, A., Matsuda, R., Ura, K., Tashiro, S., Ikura, T., and Kurumizaka, H.
  • Journal Title: Scientific Rep. Volume: 4 Issue: 1 Pages: 4863-4863
  • DOI: 10.1038/srep04863
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Green fluorescent protein fused to the C terminus of RAD51 specifically interferes with secondary DNA binding by the RAD51-ssDNA complex (2014)
  • Author(s): Kobayashi, W., Sekine, S., Machida, S., and Kurumizaka, H.
  • Journal Title: Genes & Genetic Systems Volume: 89 Issue: 4 Pages: 169-179
  • DOI: 10.1266/ggs.89.169
  • NAID: 130004750050
  • ISSN: 1341-7568, 1880-5779
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Sufficient amounts of functional HOP2/MND1 complex promote interhomolog DNA repair but are dispensable for intersister DNA repair during meiosis in Arabidopsis. (2013)
  • Author(s): Uanschou C, Ronceret A., Von Harder M, De Muyt A, Vezon D, Pereira L, Chelysheva L, Kobayashi W, Kurumizaka H, Schlögelhofer P, Grelon M.
  • Journal Title: Plant Cell Volume: 12 Issue: 12 Pages: 4924-4940
  • DOI: 10.1105/tpc.113.118521
  • Peer Reviewed
• [Presentation] シナプトネマ複合体による減数分裂期相同組換えの制御機構 (2015)
  • Author(s): 小林航、高久誉大、寺本睦美、町田晋一、立和名博昭、 細谷紀子、宮川清、前原一満、大川恭行、胡桃坂仁志
  • Organizer: 第38回日本分子生物学会年会 第88回日本生化学会大会合同大会
  • Place of Presentation: 神戸ポートアイランド 兵庫県
  • Year and Date: 2015-12-01
• [Presentation] シナプトネマ複合体構成因子SYCP3の減数分裂期組換えにおける機能解析 (2015)
  • Author(s): 小林航、町田晋一、寺本睦美、細谷紀子、宮川清、胡桃坂仁志
  • Organizer: 第23回DNA複製・組換え・修復ワークショップ
  • Place of Presentation: 静岡県 焼津グランドホテル
  • Year and Date: 2015-10-19
• [Presentation] Biochemical analyses of RAD51 and DMC1 in the synaptonemal complex (2015)
  • Author(s): Wataru Kobayashi, Motoki Takaku, Mutsumi Teramoto, Shinichi Machida, Hiroaki Tachiwana, Noriko Hosoya, Kiyoshi Miyagawa, Kazumitsu Maehara, Yasuyuki Ohkawa, and Hitoshi Kurumizaka
  • Organizer: International Symposium on Chromatin Structure, Dynamics, and Function
  • Place of Presentation: Awaji Yumebutai International Conference Center, Awaji, Japan
  • Year and Date: 2015-08-23
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Biochemical analysis of DMC1-medited homologous pairing in chromatin (2014)
  • Author(s): Wataru Kobayashi, Motoki Takaku, Shinichi Machida, Hiroaki Tachiwana, Yasuyuki Ohkawa, Hitoshi Kurumizaka
  • Organizer: The 9th 3R Symposium
  • Place of Presentation: Goten Kogen Hotel Tokinosumika, Japan
  • Year and Date: 2014-11-17 – 2014-11-21
• [Presentation] クロマチンにおける減数分裂期特異的相同組換え酵素DMC1の機能解析 (2014)
  • Author(s): 小林 航, 高久 誉大, 町田 晋一, 立和名 博昭, 大川 恭行, 胡桃坂 仁志
  • Organizer: 第87回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 京都
  • Year and Date: 2014-10-15 – 2014-10-18
• [Presentation] FUNCTIONAL ANALYSES OD RAD51 AND DMC1 RECOMBINASES IN RICE (2014)
  • Author(s): Wataru Kobayashi, Shinichi Machida, and Hitoshi Kurumizaka
  • Organizer: Plant Genome Stability and Change 2014
  • Place of Presentation: Pacific Grove, California, USA
  • Year and Date: 2014-07-17 – 2014-07-21
• [Presentation] クロマチンでの相同組換え反応におけるDMC1の機能 (2013)
  • Author(s): 小林航、高久誉大、町田晋一、松本亮平、立和名博昭、胡桃坂仁志
  • Organizer: 第22回DNA複製・組換え・修復ワークショップ
  • Place of Presentation: 仙台
  • Year and Date: 2013-11-21
• [Presentation] 減数分裂期特異的な相同組換え酵素DMC1のクロマチンにおける反応機構 (2013)
  • Author(s): 小林航、高久誉大、町田晋一、両角祐一、松本亮平、立和名博昭、胡桃坂仁志
  • Organizer: 第86回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 横浜
  • Year and Date: 2013-09-12
• [Remarks] 胡桃坂研究室ホームページ
  • URL: http://www.eb.waseda.ac.jp/kurumizaka/
• [Remarks] 胡桃坂研究室ホームページ
  • URL: http://www.kurumizaka.sci.waseda.ac.jp