放射線誘発DNA二本鎖切断に応答する53BP1の超高解像度３次元動態解析

• Project/Area Number: 21K17888
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 63020:Radiation influence-related
• Research Institution: Keio University (2023); Gunma University (2021-2022)
• Principal Investigator: 内原 脩貴 慶應義塾大学, 薬学部(芝共立), 助教 (10883712)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2021: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
• Keywords: DNA修復 / 53BP1 / DNA損傷修復 / 超高解像度解析 / DNA二本鎖切断 / クロマチン動態

Outline of Research at the Start

放射線照射により生じるDNA二本鎖切断（DSB）は、細胞運命決定に影響を与えうる重篤な損傷である。これまでにDSB近傍に集積する修復分子である53BP1は、ヌクレオソームが約100 nmの大きさで凝集するクロマチンドメインに密集していることを見出しているが、この密集 (53BP1ナノドメイン) がDSB修復に果たす役割は不明である。本研究では、53BP1ナノドメインを超高解像イメージにより３次元動態的に解析することで、その生理的意義の解明に挑戦する。本研究の達成は、放射線障害の重要な課題の一つであるゲノム安定化維持機構に関わる情報基盤の確立に大きく貢献すると考えている。

Outline of Annual Research Achievements

放射線照射によって生じる生体傷害の中で、DNA二本鎖切断（DSB：DNA double strand break）は細胞運命決定に影響を与えうる重篤な損傷の一つである。申請者の研究グループは超高解像度蛍光顕微鏡3D-SIM（OMX）を有し、これまで多くのDSB修復分子の超高解像イメージング解析を行ってきた。申請者らが超高解像度解析を行う中で、DSB近傍に集積する修復分子である53BP1は、ヌクレオソームが100-200 nmの大きさで凝集するクロマチンドメインに密集していることを発見している（この構造体を53BP1ナノドメインと呼ぶ）。53BP1ナノドメインは単一のDSBに対して複数個存在するが、これらナノドメインがDSB修復に果たす役割は未だ明らかにされていない。そこで本研究では、53BP1ナノドメインを超高解像イメージにより３次元動態的に解析することで、その生理的意義を解明することを目的とする。
申請者は前年度までに53BP1ナノドメイン間の距離 (DMS) を測定するための実験系を構築し、X線照射後のDMSを測定した。今年度は、DNA二本鎖切断修復に関わる分子であるATMやRIF1を阻害またはノックダウンした際のDMSを測定し、DNA損傷シグナルや修復分子が53BP1ナノドメインの３次元動態変化に及ぼす影響を解析した。10 Gy照射24時間後にDMSを測定した結果、ATM阻害剤処理およびRIF1ノックダウンによるDMSの変化は認められなかった。一方で、1つの53BP1 foci中に存在するナノドメインの数はATM阻害剤処理およびRIF1ノックダウンにより減少した。そのため、ATMやRIF1は53BP1ナノドメイン間の距離は維持したまま53BP1ナノドメイン数を制御することが示唆された。

Research Products

• [Journal Article] Inhibition of intracellular ATP synthesis impairs the recruitment of homologous recombination factors after ionizing radiation (2024)
  • Author(s): Hayashi Ryota、Okumura Hikaru、Isono Mayu、Yamauchi Motohiro、Unami Daiki、Lusi Rahmartani Tania、Yamamoto Masamichi、Kato Yu、Uchihara Yuki、Shibata Atsushi
  • Journal Title: Journal of Radiation Research Volume: － Issue: 3 Pages: 263-271
  • DOI: 10.1093/jrr/rrae005
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Characterization of the signal transduction cascade for inflammatory gene expression in fibroblasts with ATM-ATR deficiencies after Ionizing radiation (2024)
  • Author(s): Haruna Shunji、Okuda Ken、Shibata Akiko、Isono Mayu、Tateno Kohei、Sato Hiro、Oike Takahiro、Uchihara Yuki、Kato Yu、Shibata Atsushi
  • Journal Title: Radiotherapy and Oncology Volume: 194 Pages: 110198-110198
  • DOI: 10.1016/j.radonc.2024.110198
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Calreticulin Upregulation in Cervical Cancer Tissues From Patients After 10 Gy Radiation Therapy (2023)
  • Author(s): Okada Kohei、Sato Hiro、Kumazawa Takuya、Mori Yasumasa、Permata Tiara Bunga Mayang、Uchihara Yuki、Noda Shin-ei、Suzuki Keiji、Ikota Hayato、Yokoo Hideaki、Gondhowiardjo Soehartati、Nakano Takashi、Ohno Tatsuya、Shibata Atsushi
  • Journal Title: Advances in Radiation Oncology Volume: 8 Issue: 3 Pages: 101159-101159
  • DOI: 10.1016/j.adro.2022.101159
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] DNA damage promotes HLA class I presentation by stimulating a pioneer round of translation-associated antigen production (2022)
  • Author(s): Uchihara Yuki、Permata Tiara Bunga Mayang、Sato Hiro、Kawabata-Iwakawa Reika、Katada Sayako、Gu Wenchao、Kakoti Sangeeta、Yamauchi Motohiro、Kato Reona、Gondhowiardjo Soehartati、Hosen Naoki、Yasuhara Takaaki、Shibata Atsushi
  • Journal Title: Molecular Cell Volume: 82 Issue: 14 Pages: 2557-2570.e7
  • DOI: 10.1016/j.molcel.2022.04.030
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] 放射線照射により惹起されるHLAクラスⅠ提示の分子機構 (2022)
  • Author(s): 内原 脩貴、柴田 淳史
  • Journal Title: 放射線生物研究 Volume: 57 Pages: 265-284
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] RAP80 suppresses the vulnerability of R-loops during DNA double-strand break repair (2022)
  • Author(s): Yasuhara Takaaki、Kato Reona、Yamauchi Motohiro、Uchihara Yuki、Zou Lee、Miyagawa Kiyoshi、Shibata Atsushi
  • Journal Title: Cell Reports Volume: 38 Issue: 5 Pages: 110335-110335
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2022.110335
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] High linear energy transfer carbon-ion irradiation upregulates PD-L1 expression more significantly than X-rays in human osteosarcoma U2OS cells (2021)
  • Author(s): Permata Tiara Bunga Mayang、Sato Hiro、Gu Wenchao、Kakoti Sangeeta、Uchihara Yuki、Yoshimatsu Yukihiko、Sato Itaru、Kato Reona、Yamauchi Motohiro、Suzuki Keiji、Oike Takahiro、Tsushima Yoshito、Gondhowiardjo Soehartati、Ohno Tatsuya、Yasuhara Takaaki、Shibata Atsushi
  • Journal Title: Journal of Radiation Research Volume: 62 Issue: 5 Pages: 773-781
  • DOI: 10.1093/jrr/rrab050
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Modulation of immune responses by DNA damage signaling (2021)
  • Author(s): Uchihara Yuki、Permata Tiara Bunga Mayang、Sato Hiro、Shibata Atsushi
  • Journal Title: DNA Repair Volume: 104 Pages: 103135-103135
  • DOI: 10.1016/j.dnarep.2021.103135
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Expression of non-homologous end joining factor, Ku80, is negatively correlated with PD-L1 expression in cancer cells after X-ray irradiation (2021)
  • Author(s): Kumazawa Takuya、Mori Yasumasa、Sato Hiro、Permata Tiara、Uchihara Yuki、Noda Shin-Ei、Okada Kohei、Kakoti Sangeeta、Suzuki Keiji、Ikota Hayato、Yokoo Hideaki、Gondhowiardjo Soehartati、Nakano Takashi、Ohno Tatsuya、Shibata Atsushi
  • Journal Title: Oncology Letters Volume: 23 Issue: 1 Pages: 29-29
  • DOI: 10.3892/ol.2021.13147
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] 53BP1およびRAP80による放射線誘発DNA二本鎖切断部位の高次クロマチン構造制御 (2023)
  • Author(s): 内原 脩貴、宇波 大輝、林 僚汰、奥村 光遥、堅田 明子、磯野 真由、宮成 悠介、安原 崇哲、山内 基弘、加藤 優、柴田 淳史
  • Organizer: 日本放射線影響学会第66回大会
• [Presentation] 53BP1およびRAP80を介したDNA二本鎖切断部位の高次クロマチン構造制御 (2023)
  • Author(s): 内原 脩貴、柴田 淳史
  • Organizer: 第46回日本分子生物学会年会
• [Presentation] DNA損傷応答シグナル伝達を介したHLAクラスIの抗原提示 (2023)
  • Author(s): 内原 脩貴, Permata Tiara Bunga Mayang, 佐藤 浩央, 川端 麗香, 堅田 明子, Gu Wenchao, Kakoti Sangeeta, 山内 基弘, 加藤 玲於奈, Gondhowiardjo Soehartati, 保仙 直毅, 安原 崇哲, 柴田 淳史
  • Organizer: 第143回 日本薬学会年会
• [Presentation] DNA damage promotes HLA class I presentation by stimulating a pioneer round of translation-associated antigen production (2023)
  • Author(s): Yuki Uchihara, Tiara Bunga Mayang Permata, Hiro Sato, Reika Kawabata-Iwakawa, Sayako Katada, Wenchao Gu, Sangeeta Kakoti, Motohiro Yamauchi, Reona Kato, Soehartati Gondhowiardjo, Naoki Hosen, Takaaki Yasuhara, Atsushi Shibata
  • Organizer: The International Ataxia-Telangiectasia Workshop 2023
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] DNA損傷シグナルによるHLAクラスIの抗原提示の分子メカニズム (2022)
  • Author(s): 内原 脩貴, Permata Tiara Bunga Mayang, 佐藤 浩央, 川端 麗香, 堅田 明子, Gu Wenchao, Kakoti Sangeeta, 山内 基弘, 加藤 玲於奈, Gondhowiardjo Soehartati, 保仙 直毅, 安原 崇哲, 柴田 淳史
  • Organizer: 2022年度 日本生化学会関東支部例会
• [Presentation] 放射線照射により促進されるパイオニアラウンド翻訳を介したHLAクラスIの提示 (2022)
  • Author(s): 内原 脩貴, Permata Tiara Bunga Mayang, 佐藤 浩央, 川端 麗香, 堅田 明子, Gu Wenchao, Kakoti Sangeeta, 山内 基弘, 加藤 玲於奈, Gondhowiardjo Soehartati, 保仙 直毅, 安原 崇哲, 柴田 淳史
  • Organizer: 日本放射線影響学会第65回大会
• [Presentation] DNA損傷が惹起するATR-AKT-mTORC1-S6Kシグナル伝達経路を介したHLAクラスIの提示 (2022)
  • Author(s): 内原 脩貴, 柴田 淳史
  • Organizer: 第81回日本癌学会学術総会
• [Presentation] DNA損傷シグナルに伴い活性化されるHLAクラスI提示の分子機構 (2022)
  • Author(s): 内原 脩貴, 柴田 淳史
  • Organizer: 第45回日本分子生物学会年会
• [Presentation] DNA損傷が惹起するHLAクラスIの抗原提示の分子機構 (2022)
  • Author(s): 内原 脩貴, Permata Tiara, Bunga Mayang, 佐藤 浩央, 川端 麗香, 堅田 明子, Gu Wenchao, Kakoti Sangeeta, 山内 基弘, 加藤 玲於奈, Gondhowiardjo Soehartati, 保仙 直毅, 安原 崇哲, 柴田 淳史
  • Organizer: 日本薬学会第142年会
• [Presentation] 放射線照射により促進されるHLAクラスIの抗原提示の分子機構 (2021)
  • Author(s): 内原 脩貴, Permata Tiara, Bunga Mayang, 佐藤 浩央, 川端 麗香, 堅田 明子, Gu Wenchao, Kakoti Sangeeta, 山内 基弘, 加藤 玲於奈, Gondhowiardjo Soehartati, 保仙 直毅, 安原 崇哲, 柴田 淳史
  • Organizer: 日本放射線影響学会第64回大会
• [Presentation] DNA損傷が惹起するナンセンス変異依存mRNA分解機構を介した抗原産生およびHLAクラスIの提示 (2021)
  • Author(s): 内原 脩貴, Permata Tiara, Bunga Mayang, 佐藤 浩央, 川端 麗香, 堅田 明子, Gu Wenchao, Kakoti Sangeeta, 山内 基弘, 加藤 玲於奈, Gondhowiardjo Soehartati, 保仙 直毅, 安原 崇哲, 柴田 淳史
  • Organizer: 第44回日本分子生物学会年会