転写伸長反応におけるクロマチン構造解析と転写制御機構の解明

• Project/Area Number: 16J09361
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Biophysics
• Research Institution: Waseda University
• Principal Investigator: 田口 裕之 早稲田大学, 理工学術院, 特別研究員(DC2)
• Project Period (FY): 2016-04-22 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000); Fiscal Year 2017: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2016: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
• Keywords: クロマチン / 転写 / ヘキサソーム / ヌクレオソーム / ヒストンバリアント / ヒストン / サブヌクレオソーム

Outline of Annual Research Achievements

本研究は転写中の特殊なクロマチン構造を解析し、転写機構を明らかにすることを目的としている。転写、複製、修復をはじめとしたDNA代謝反応は生命の維持に欠かせない。DNA代謝反応の破綻や不具合はガンや奇形、遺伝病を引き起こす。そのため、ガンや奇形、遺伝病の発生メカニズムを明らかにするためにはDNA代謝反応の詳細な機構解明が求められる。DNA代謝反応に応じてクロマチンは特殊な構造へ変換されることから、DNA代謝反応機構の解明には、それに応じた特殊なクロマチン構造の知見も欠かせない。そこで、本研究は転写伸長反応中のクロマチンに存在するヘキサソーム及び新規ヒストンバリアントH3.6を含むヌクレオソームの機能解析を行った。
まず、ヘキサソームの立体構造をX線結晶構造解析で明らかにするため、ヘキサソーム結晶の条件検討を行い、X線回折実験でその品質を評価した。X線回折実験は大型放射光施設Spring-8、高エネルギー加速器研究機構Photon Factoryにて行った。その結果、６Å程度の反射を得る良質なヘキサソーム結晶の作製条件を特定した。
ヘキサソームの構造解析と並行して転写伸長反応中のクロマチンに取り込まれることが考えられている新たなヒストンバリアントH3.6の機能解析を行った。まず、H3.6を含むヌクレオソームを再構成し、生化学的解析を行った。その結果、H3.6はヌクレオソーム中に取り込まれることでH3.6ヌクレオソームを含むクロマチンを転写しやすい性質に変化させることが示唆された。さらにH3.6を含むヌクレオソームの立体構造をX線結晶構造解析によりH3.6の性質を担保する責任残基を同定し、そのメカニズムを明らかにした。本知見は国際学術誌Biochemistry誌に掲載された。

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] 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] Testis-Specific Histone Variant H3t Gene Is Essential for Entry into Spermatogenesis (2017)
  • Author(s): Ueda J., Harada A., Urahama T., Machida S., Maehara K., Hada M., Makino Y., Nogami J., Horikoshi N., Osakabe A., Taguchi H., Tanaka H., Tachiwana H., Yao T., Yamada M., Iwamoto T., Isotani A., Ikawa M., Tachibana T., Okada Y., Kimura H., Ohkawa Y., Kurumizaka H., Yamagata K.
  • Journal Title: Cell Reports Volume: 18(3) Issue: 3 Pages: 593-600
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2016.12.065
  • NAID: 120006957416
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Crystal structures of heterotypic nucleosomes containing histones H2A.Z and H2A (2016)
  • Author(s): Horikoshi N, Arimura Y, Taguchi H, Kurumizaka H.
  • Journal Title: Open Biol. Volume: 6 Issue: 6 Pages: 160127-160127
  • DOI: 10.1098/rsob.160127
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] SAD 法によるヌクレオソームの構造解析 (2017)
  • Author(s): 田口裕之,加藤大貴,鯨井智也,胡桃坂仁志
  • Organizer: 平成29年度日本結晶学会年会
• [Presentation] ヒトヒストンバリアントH3.6を含むヌクレオソームは特殊なクロマチン構造を形成する (2016)
  • Author(s): 田口裕之・堀越直樹・佐藤浩一・謝炎・鯨井智也・太田充・ 前原一満・原田哲仁・木村宏・大川恭行・胡桃坂仁志
  • Organizer: 第39回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜
  • Year and Date: 2016-11-30