ＤＮＡ損傷修復における細胞核構造とクロマチンの相互作用：その機構解明と人為操作

• Project/Area Number: 18J40044
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Applied molecular and cellular biology
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 尾間 由佳子 東北大学, 農学研究科, 特別研究員(RPD) (20443997)
• Project Period (FY): 2018-04-25 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2020: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2019: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2018: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: DNA二重鎖切断 / DNA損傷修復 / クロマチン構造変換複合体 / 姉妹染色分体間接着 / アクチンファミリータンパク質

Outline of Annual Research Achievements

DNA二重鎖切断（DSB）は最も重篤なDNA損傷であり、ゲノム再編成や染色体転座を引き起こし、がんの原因となる。ショウジョウバエや哺乳類の細胞ではヘテロクロマチン領域に生じたDSBが核構造に係留され、相同組換え(HR)を促進することが報告されている。我々はこれまで、出芽酵母においてDSBが核膜近傍へ移行し、核膜孔複合体(NPC)へ係留されることを報告した。この移行に必要なクロマチン構造変換複合体は高等真核生物においても高く保存されていることから、真核生物におけるDSBの核構造への係留のメカニズムとその意義について出芽酵母をモデル系として解析を行った。
これまでに出芽酵母においてDNA損傷により姉妹染色分体間接着が誘導されること、これには接着因子コヒーシンがSUMO化修飾を受けることが必要であることが報告されていた。コヒーシンSUMO化酵素は間接的にNPCと相互作用することから、NPCに係留されたDSB領域のコヒーシンのSUMO化を促進する可能性を考え、その検証を行った。その結果、DSBのNPC移行欠損株ではコヒーシン蓄積量に変化はない一方、姉妹染色分体間接着の誘導低下とコヒーシンのSUMO化の低下が認められた。さらに、コヒーシンSUMO化酵素をDSB近傍へ人為的に結合したところ、姉妹染色分体間接着誘導が回復し、これは非SUMO化コヒーシンの過剰発現により喪失した。また、DSB領域に局在するSUMO化酵素を含む複合体とNPCとの相互作用を阻害した場合も、姉妹染色分体間接着の誘導低下が認められた。これらの結果から、DSBのNPCへの係留により、SUMO化酵素によるコヒーシンのSUMO化修飾が促進され、損傷誘導的コヒージョンの確立と正確なHRを進行させることが示唆された。本研究により、細胞核構造と損傷クロマチンの相互作用の意義の１つとして、細胞核構造がタンパク質の化学修飾の足場となりそれを制御することで、損傷修復の進行に寄与するというメカニズムの1つを提唱することができた。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Distinct roles of ATM and ATR in the regulation of ARP8 phosphorylation to prevent chromosome translocations (2018)
  • Author(s): Sun, J., Shi, L., Kinomura, A., Fukuto, A., Horikoshi, Y., Oma, Y., Harata, M., Ikura, M., Ikura, T., Kanaar, R., Tashiro, S
  • Journal Title: elife Volume: 7
  • DOI: 10.7554/elife.32222
  • NAID: 120006539566
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] DNA損傷部位-核膜孔複合体間相互作用の損傷誘導的姉妹染色分体間接着への関与 (2020)
  • Author(s): 尾間 由佳子、折原 行希、高橋 大輔、小西 辰紀、原田 昌彦
  • Organizer: 第93回日本生化学会大会
• [Presentation] 損傷DNA-核膜孔複合体間相互作用による姉妹染色分体間接着の促進 (2020)
  • Author(s): 尾間 由佳子、折原 行希、高橋 大輔、小西 辰紀、原田 昌彦
  • Organizer: 日本農芸化学会2020年度大会
• [Presentation] Common and distinct roles of the isoforms of histone variant H2A.Z in transcriptional regulation (2020)
  • Author(s): Daisuke Takahashi, Noboru Ogihara, Masayuki Kusakabe, Saho Kitagawa, Yukako Oma, Masahiko Harata
  • Organizer: 26th Wilhelm Bernhard Workshop on the cell nucleus
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ヒストンバリアントH2A.Z のクロマチン導入部位決定機構解析 (2020)
  • Author(s): 高橋大輔、北川紗帆、小田有沙、仮屋園遼、尾間由佳子、太田邦史、原田昌彦
  • Organizer: 第42回日本分子生物学会年会
• [Presentation] DNA 損傷により誘導される姉妹染色分体間接着へのコヒーシンSUMO化と核膜孔複合体の関与 (2019)
  • Author(s): 尾間 由佳子、折原 行希、高橋 大輔、小西 辰紀、原田 昌彦
  • Organizer: 第19回日本蛋白質科学会年会 第71回日本細胞生物学会大会 合同年次大会
• [Presentation] DNA損傷損傷部位-核膜孔複合体間相互作用の損傷誘導的コヒージョンへの関与 (2019)
  • Author(s): 尾間 由佳子、折原 行希、高橋 大輔、小西 辰紀、原田 昌彦
  • Organizer: 酵母遺伝学フォーラム第52回研究報告会
• [Presentation] ヒストンバリアントH2A.Z のクロマチン導入部位決定機構解析 (2019)
  • Author(s): 高橋大輔、北川紗帆、小田有沙、仮屋園遼、尾間由佳子、太田邦史、原田昌彦
  • Organizer: 第36回 染色体ワークショップ / 第17回 核ダイナミクス研究会
• [Presentation] Contribution of nuclear pore complex to DNA damage-induced sister chromatid cohesion through promoting SUMOylation of cohesin (2018)
  • Author(s): Yukako Oma, Yuki Orihara, Daisuke Takahashi, Tatsunori Konishi, Masahiko Harata
  • Organizer: 第70回日本細胞生物学会第51回日本発生生物学会合同大会/The Joint Annual Meeting of 51st JSDB and 70th JSCB
• [Presentation] DNA損傷修復における細胞核構造の役割：出芽酵母をモデル系とした解析 (2018)
  • Author(s): 尾間由佳子、折原行希、高橋大輔、小西辰紀、原田昌彦
  • Organizer: 農芸化学会 東北・北海道合同支部大会（東北支部第153回大会）
• [Presentation] DNA損傷誘導的コヒージョンにおけるコヒーシンSUMO化と核膜孔複合体の関与 (2018)
  • Author(s): 尾間由佳子、折原行希、高橋大輔、小西辰紀、原田昌彦
  • Organizer: 酵母遺伝学フォーラム第51回研究報告会
• [Presentation] DNA double-strand break relocation to nuclear pore complex contributes to DNA damage-induced sister chromatid cohesion (2018)
  • Author(s): Yukako Oma, Yuki Orihara, Daisuke Takahashi, Tatsunori Konishi, Masahiko Harata
  • Organizer: The 11th 3R & 3C Symposium
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ヒストンバリアントH2A.Zにおけるがん関連変異の遺伝子破壊細胞を用いた解析, Functional analysis of histone variant H2A.Z possessing a cancer associated mutation using H2A.Z-KO cells. (2018)
  • Author(s): 高橋 大輔, 日下部 将之, 折原 行希, 尾間 由佳子, 原田 昌彦
  • Organizer: 第41回日本分子生物学会年会
• [Presentation] Contribution of actin family proteins to nuclear organization (2018)
  • Author(s): Shota Yamazaki, Eri Ohfuchi, Yukako Oma, Kei Miyamoto, Masahiko Harata
  • Organizer: 2018 4D Nucleome-ASCB Satellite meeting
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] 東北大学大学院農学研究科・農学部 分子生物学分野 原田研究室
  • URL: https://www.harata-lab.org/