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転写と共役したヌクレオソーム再構築の分子メカニズムの解明

Research Project

Project/Area Number 23K20300
Project/Area Number (Other) 20H03201 (2020-2023)
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeMulti-year Fund (2024)
Single-year Grants (2020-2023)
Section一般
Review Section Basic Section 43020:Structural biochemistry-related
Research InstitutionInstitute of Physical and Chemical Research

Principal Investigator

江原 晴彦  国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, 上級研究員 (80634766)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 鯨井 智也  東京大学, 定量生命科学研究所, 助教 (70823566)
Project Period (FY) 2020-04-01 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2024)
Budget Amount *help
¥17,550,000 (Direct Cost: ¥13,500,000、Indirect Cost: ¥4,050,000)
Fiscal Year 2024: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Fiscal Year 2021: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
Fiscal Year 2020: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Keywords転写 / クロマチン / Cryo-EM / 構造生物学
Outline of Research at the Start

ヒトを含む真核生物のDNAは、クロマチンと呼ばれる固く折りたたまれた構造をとることで、小さな細胞の中に格納されている。一方で、DNA上の遺伝子から情報を読み取る際には、巻き取られたDNAを緩めたり、また格納したり、といった作業が必要になる。そのような作業は、RNAポリメラーゼという酵素と様々な転写伸長因子が結合して作られる、タンパク質複合体によって行われている。本研究は、そのようなタンパク質複合体を試験管の中で再現し、それが、どのようにクロマチンDNAに対して働くのかを、クライオ電子顕微鏡法などを用いて分子レベルで解明することを、その目的とするものである。

Outline of Annual Research Achievements

ヒトを始めとする真核生物のDNAは、細胞の核内に高度に折りたたまれて格納されている(クロマチン構造)。クロマチン構造の最小単位として知られるのは、ヌクレオソームと呼ばれる円盤状の構造である。安定なクロマチン構造の存在は、正常な遺伝子発現制御のために欠かせないものであり、その破綻は、ガンなどの多様な疾患の原因となることが知られている。その一方、ゲノムDNAに書き込まれた情報が機能する際には、転写というプロセスが必要であり、RNAポリメラーゼ(RNAP)という酵素がDNAの情報を読み取る必要がある。しかしながら、その際には、RNAPがヌクレオソームにぶつかることになるため、転写の過程においてクロマチン構造を大きく破壊することなく、DNAの情報を読み取ることができるのがなぜなのか、その分子メカニズムは、大きな謎であった。

2022年度までの研究で、ヒストンシャペロンや転写伸長因子群の協調的な働きにより、転写中のヌクレオソームがRNAPの前方から後方に転移されるメカニズムの概要について、その一連の分子構造を明らかにすることができた。2023年度は、試料調製や構造解析手法の最適化を進めることにより、分子構造の精度を改善し、より細かくて正確なメカニズムの議論が可能となった。それと共に、ヌクレオソームを乗り越えた転写と共役して起こる高次機能の解明を目指し、数種類のヒストン修飾酵素等について、新たに高純度での試料調製などに取り組んだ。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

2023年度については、当初の計画通り、順調に進展しているものと考えている。

Strategy for Future Research Activity

ヌクレオソーム転写と関連した様々な生命現象を解明するため、例えばヒストン修飾に関わるものを中心に、転写伸長複合体に結合すると予想される、様々なタンパク質について、その調製系の確立等を継続的に行う。それと同時に、複合体の構造解析や、機能解析などを進め、ヌクレオソーム転写の分子メカニズムの全容解明を目指す。

Report

(4 results)
  • 2023 Annual Research Report
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Annual Research Report
  • Research Products

    (13 results)

All 2023 2022 Other

All Journal Article (7 results) (of which Peer Reviewed: 7 results,  Open Access: 7 results) Presentation (5 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 3 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Cryo-EM structures of RNA polymerase II-nucleosome complexes rewrapping transcribed DNA2023

    • Author(s)
      Akatsu Munetaka、Ehara Haruhiko、Kujirai Tomoya、Fujita Risa、Ito Tomoko、Osumi Ken、Ogasawara Mitsuo、Takizawa Yoshimasa、Sekine Shun-ichi、Kurumizaka Hitoshi
    • Journal Title

      Journal of Biological Chemistry

      Volume: 299 Issue: 12 Pages: 105477-105477

    • DOI

      10.1016/j.jbc.2023.105477

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Cryo-EM and biochemical analyses of the nucleosome containing the human histone H3 variant H3.82023

    • Author(s)
      Hirai Seiya、Kujirai Tomoya、Akatsu Munetaka、Ogasawara Mitsuo、Ehara Haruhiko、Sekine Shun-ichi、Ohkawa Yasuyuki、Takizawa Yoshimasa、Kurumizaka Hitoshi
    • Journal Title

      The Journal of Biochemistry

      Volume: 174 Issue: 6 Pages: 549-559

    • DOI

      10.1093/jb/mvad069

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Structural Basis of Damaged Nucleotide Recognition by Transcribing RNA Polymerase II in the Nucleosome2023

    • Author(s)
      Osumi Ken、Kujirai Tomoya、Ehara Haruhiko、Ogasawara Mitsuo、Kinoshita Chiaki、Saotome Mika、Kagawa Wataru、Sekine Shun-ichi、Takizawa Yoshimasa、Kurumizaka Hitoshi
    • Journal Title

      Journal of Molecular Biology

      Volume: 435 Issue: 13 Pages: 168130-168130

    • DOI

      10.1016/j.jmb.2023.168130

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Contributions of histone tail clipping and acetylation in nucleosome transcription by RNA polymerase II2023

    • Author(s)
      Oishi Takumi、Hatazawa Suguru、Kujirai Tomoya、Kato Junko、Kobayashi Yuki、Ogasawara Mitsuo、Akatsu Munetaka、Ehara Haruhiko、Sekine Shun-ichi、Hayashi Gosuke、Takizawa Yoshimasa、Kurumizaka Hitoshi
    • Journal Title

      Nucleic Acids Research

      Volume: 51 Issue: 19 Pages: 10364-10374

    • DOI

      10.1093/nar/gkad754

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Structural basis of nucleosome disassembly and reassembly by RNAPII elongation complex with FACT2022

    • Author(s)
      Ehara Haruhiko、Kujirai Tomoya、Shirouzu Mikako、Kurumizaka Hitoshi、Sekine Shun-ichi
    • Journal Title

      Science

      Volume: 377 Issue: 6611

    • DOI

      10.1126/science.abp9466

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Structural basis of RNA polymerase II transcription on the chromatosome containing linker histone H12022

    • Author(s)
      Hirano Rina、Ehara Haruhiko、Kujirai Tomoya、Uejima Tamami、Takizawa Yoshimasa、Sekine Shun-ichi、Kurumizaka Hitoshi
    • Journal Title

      Nature Communications

      Volume: 13 Issue: 1 Pages: 7287-7287

    • DOI

      10.1038/s41467-022-35003-z

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Structural and biochemical analyses of the nucleosome containing Komagataella pastoris histones2022

    • Author(s)
      Fukushima Yutaro、Hatazawa Suguru、Hirai Seiya、Kujirai Tomoya、Ehara Haruhiko、Sekine Shun-ichi、Takizawa Yoshimasa、Kurumizaka Hitoshi
    • Journal Title

      The Journal of Biochemistry

      Volume: 172 Issue: 2 Pages: 79-88

    • DOI

      10.1093/jb/mvac043

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] クロマチン転写の構造生物学2023

    • Author(s)
      江原 晴彦
    • Organizer
      第23回日本蛋白質科学会年会(名古屋)
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Cryo-EM analysis on the nucleosome disassembly and reassembly during transcription elongation2023

    • Author(s)
      Haruhiko Ehara
    • Organizer
      2023 Cold Spring Harbor meeting: Mechanisms of Eukaryotic Transcription (New York)
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 転写伸長におけるヌクレオソーム構造のダイナミクス2023

    • Author(s)
      鯨井 智也
    • Organizer
      筑波大学開学50周年記念TARAシンポジウム
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 転写におけるヌクレオソームの崩壊と再構築の構造解析2023

    • Author(s)
      鯨井 智也
    • Organizer
      第16回日本エピジェネティクス研究会年会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 転写伸長に伴って起こるヌクレオソームの解体と再構築過程に関する構造生物学的探究2022

    • Author(s)
      Ehara Haruhiko
    • Organizer
      第45回日本分子生物学会年会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Remarks] 遺伝子の発現とクロマチン構造の維持を両立させる仕組み

    • URL

      https://www.riken.jp/press/2022/20220819_1/index.html

    • Related Report
      2022 Annual Research Report

URL: 

Published: 2020-04-28   Modified: 2024-12-25  

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