ヒストン翻訳後修飾特異的一本鎖抗体（ｓｃＦｖ）の構築とクロマチン修飾動態の解明

• Project/Area Number: 15J06807
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Genetics/Chromosome dynamics
• Research Institution: Waseda University
• Principal Investigator: 鯨井 智也 早稲田大学, 理工学術院, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2015-04-24 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥2,800,000 (Direct Cost: ¥2,800,000); Fiscal Year 2017: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2016: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2015: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
• Keywords: ヒストン修飾 / scFv / クロマチン / 翻訳後修飾 / 抗体 / ヒストン翻訳後修飾 / X線結晶構造解析 / 細胞内抗体 / ヒストン

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、遺伝子の発現制御機構の解明のため、細胞核内におけるヒストン修飾の動態を明らかにするためのプローブの開発研究を行う。これまでに、経時的に変化するヒストン修飾動態をライブイメージングするために、細胞内においてヒストン修飾特異的一本鎖抗体（scFv）を発現させる修飾特異的細胞内抗体プローブ（mintbody）の開発研究が進行している。しかし、細胞内においてscFvを発現させた場合に、多くのscFvが抗原に結合せず機能しないことが明らかになっている。そこで本研究では、生化学的、構造生物学的解析によりscFvが細胞内において機能するために必要な性質を明らかにすることで、さらなるmintbodyをデザインすることを目標としている。
これまでに、ヒストンH4の20番目のモノメチル化(H4K20me1)特異的scFvである15F11-scFvをモデルに、細胞におけるscFvの機能とscFvの構造的特徴の相関について解析を行ってきた。その結果、scFvのフレーム形成領域の疎水性の相互作用が重要であり、scFvの構造安定性もしくはフォールディングが重要であることが示唆されていた。そこで、さらなるmintbodyの作製のため、様々なscFvについて構造モデリングソフトェアを用いて立体構造モデルを構築し、変異体を予測した。いくつかのscFvについて構造予測を行った結果、mintbodyとして機能するscFvを取得することに成功した。今後、本知見が様々なmintbody作製のための一助となることが期待され、翻訳後修飾全般に関する研究の発展に貢献できると考えられる。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Crystal Structure and Characterization of Novel Human Histone H3 Variants, H3.6, H3.7, and H3.8 (2017)
  • Author(s): Taguchi H, Xie Y, Horikoshi N, Maehara K, Harada A, Nogami J, Sato K, Arimura Y, Osakabe A, Kujirai T, Iwasaki T, Semba Y, Tachibana T, Kimura H, Ohkawa Y, Kurumizaka H.
  • Journal Title: Biochemistry Volume: 56 Issue: 16 Pages: 2184-2196
  • DOI: 10.1021/acs.biochem.6b01098
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Influence of polynucleosome preparation methods on sedimentation velocity analysis of chromatin. (2017)
  • Author(s): Kujirai T, Machida S, Osakabe A, Kurumizaka H.
  • Journal Title: J. Biochem. Volume: 161 Issue: 4 Pages: 381-388
  • DOI: 10.1093/jb/mvw081
  • NAID: 40021219908
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] In vitro reconstitution and biochemical analyses of theSchizosaccharomyces pombe nucleosome. (2017)
  • Author(s): Masako Koyama, Wataru Nagakura, Hiroki Tanaka, Tomoya Kujirai, Yuji Chikashige, Tokuko Haraguchi, Yasushi Hiraoka, Hitoshi Kurumizaka.
  • Journal Title: Biochemical and biophysical research communications. Volume: 482 Issue: 4 Pages: 896-901
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2016.11.130
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Identification of the amino acid residues responsible for stable nucleosome formation by histone H3.Y. (2017)
  • Author(s): Kujirai T, Horikoshi N, Xie Y, Taguchi H, Kurumizaka H.
  • Journal Title: Nucleus. Volume: - Issue: 3 Pages: 1-10
  • DOI: 10.1080/19491034.2016.1277303
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] A genetically encoded probe for live-cell imaging of H4K20 monomethylation (2016)
  • Author(s): Sato Y., Kujirai T., Arai R., Asakawa H., Ohtsuki C., Horikoshi N., Yamagata K., Ueda J., Nagase T., Haraguchi T., Hiraoka Y., Kimura A., Kurumizaka H., Kimura, H.
  • Journal Title: J. Mol. Biol. Volume: 428 Issue: 20 Pages: 3885-3902
  • DOI: 10.1016/j.jmb.2016.08.010
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Structure and function of human histone H3.Y nucleosome. (2016)
  • Author(s): Kujirai, T., Horikoshi, N., Sato, K., Maehara, K., Machida, S., Osakabe, A., Kimura, H., Ohkawa, Y. and Kurumizaka, H.
  • Journal Title: Nucleic Acids Research Volume: 1 Issue: 13 Pages: 1-15
  • DOI: 10.1093/nar/gkw202
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Solution structure of variant H2A.Z.1 nucleosome investigated by small-angle X-ray and neutron scatterings (2015)
  • Author(s): M. Sugiyama, N. Horikoshi, Y. Suzuki, H. Taguchi, T. Kujirai, R. Inoue, Y. Oba, N. Sato, A. Martel, L. Porcar, and H. Kurumizaka
  • Journal Title: Biochemistry and Biophysics Reports Volume: 4 Pages: 28-32
  • DOI: 10.1016/j.bbrep.2015.08.019
  • NAID: 120005893550
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] ヒストンH3.Yヌクレオソームの構造機能解析 (2017)
  • Author(s): 鯨井智也, 堀越直樹, 胡桃坂仁志
  • Organizer: 第34回染色体ワークショップ・第15回核ダイナミクス研究会
  • Place of Presentation: 木更津
  • Year and Date: 2017-01-11
• [Presentation] Structural studies of the nucleosomes of ancient land plant Marchantia polymorpha. (2017)
  • Author(s): Tomoya Kujirai, Yuka Fujino, Akihisa Osakabe, Frederic Berger, Hitoshi Kurumizaka
  • Organizer: EMBO CONFERENCE, The Nucleosome: From Atoms to Genomes.
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ヌクレオソーム結合因子の探索及び機能解析 (2017)
  • Author(s): 鯨井智也、粉間信樹、増本博司、胡桃坂仁志
  • Organizer: 生命科学系学会合同年次大会
• [Presentation] クロマチン結合タンパク質DEKの機能解析 (2017)
  • Author(s): 鯨井智也、粉間信樹、木村宏、増本博司、胡桃坂仁志
  • Organizer: 第35回染色体ワークショップ・第16回核ダイナミクス研究会
• [Presentation] ヒストン修飾特異的細胞内発現抗体の機能解析 (2016)
  • Author(s): 鯨井智也、佐藤優子、堀越直樹、木村宏、胡桃坂仁志
  • Organizer: 第39回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 横浜
  • Year and Date: 2016-11-30
• [Presentation] 遺伝子発現制御に重要なH3.Yヌクレオソームの機能解析 (2016)
  • Author(s): 鯨井智也、堀越直樹、佐藤浩一、前原一満、町田晋一、越阪部晃永、木村宏、大川恭行、胡桃坂仁志
  • Organizer: 第89回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 仙台
  • Year and Date: 2016-09-25
• [Presentation] Structural characterization of the H3.Y nucleosome (2016)
  • Author(s): Tomoya Kujirai, Naoki Horikoshi, Koichi Sato, Kazumitsu Maehara, Shinichi Machida, Akihisa Osakabe, Hiroshi Kimura, Yasuyuki Ohkawa, Hitoshi Kurumizaka
  • Organizer: Cold Spring Harbor Asia Conference, CHROMATIN, EPIGENETICS & TRANSCRIPTION
  • Place of Presentation: Shzhou, China
  • Year and Date: 2016-05-09
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 構造から見たヒストン修飾特異的一本鎖抗体(scFv)の機能解析 (2015)
  • Author(s): 鯨井智也
  • Organizer: Robert Feulgen Prize 受賞記念ワークショップ
  • Place of Presentation: 神奈川
  • Year and Date: 2015-09-11
• [Presentation] The distinct property of histone H3.Y nucleosome (2015)
  • Author(s): Tomoya Kujirai, Naoki Horikoshi, Koichi Sato, Kazumitsu Maehara, Akihisa Osakabe, Shinichi Machida, Yasuyuki Ohkawa, Hiroshi Kimura, Hitoshi Kurumizaka
  • Organizer: International Symposium on Chromatin Structure, Dynamics, and Function
  • Place of Presentation: 兵庫
  • Year and Date: 2015-08-24
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ヒストン修飾特異的一本鎖抗体の結合解析 (2015)
  • Author(s): 鯨井智也、堀越直樹、佐藤優子、木村宏、胡桃坂仁志
  • Organizer: GE Life Science Day 2015
  • Place of Presentation: 神奈川
  • Year and Date: 2015-07-24
• [Presentation] ヒストンH3.Yが形成するクロマチン及びヌクレオソームの機能解析 (2015)
  • Author(s): 鯨井智也、堀越直樹、佐藤浩一、前原一満、越阪部晃永、町田晋一、大川恭行、木村宏、胡桃坂仁志
  • Organizer: 第9回日本エピジェネティクス研究会年会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2015-05-25
• [Patent(Industrial Property Rights)] ヒストンＨ３トリメチル化リシン特異的モノクローナル抗体又はその抗原結合性断片 (2017)
  • Inventor(s): 木村宏、佐藤優子、大井彰人、胡桃坂仁志、鯨井智也、大川恭行
  • Industrial Property Rights Holder: 木村宏、佐藤優子、大井彰人、胡桃坂仁志、鯨井智也、大川恭行
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2017-111580
  • Filing Date: 2017