ヌクレオソームにおける紫外線DNA損傷の収納と認識の分子機構

• Project Area: Coupling of replication, repair and transcription, and their common mechanism of chromatin remodeling
• Project/Area Number: 25131720
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: Waseda University
• Principal Investigator: 越阪部 晃永 早稲田大学, 理工学術院, 助教 (70632107)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥11,180,000 (Direct Cost: ¥8,600,000、Indirect Cost: ¥2,580,000); Fiscal Year 2014: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000); Fiscal Year 2013: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000)
• Keywords: クロマチン / 紫外線損傷 / ヌクレオチド除去修復 / ヒストン / 6-4光産物 / ヌクレオソーム / 染色体 / ゲノム / 遺伝情報

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、紫外線損傷を受けたDNAのクロマチン収容機構および認識機構を明らかにすることである。遺伝情報の担体であるゲノムDNAは、様々な内外的な要因によって損傷を受けることが知られている。特に、隣接するピリミジン残基が架橋されるシクロブタン型ピリミジン二量体(CPD)や6-4光産物などの塩基損傷は、紫外線によって導入されることが知られている。生物において、これらの紫外線塩基損傷は生体内で必須の各反応機構の妨げとなるため、ヌクレオチド除去修復経路によって修復される。一方、真核生物のゲノムDNAはヌクレオソームを基本単位としたクロマチンを形成し、細胞核内に収納される。従って、紫外線による塩基損傷の導入やその修復はクロマチン上で行われると考えられる。しかし、紫外線によって損傷を受けた塩基がどのようにしてクロマチンに収納され、ヌクレオチド除去修復関連因子によって認識・修復されるかは未だ不明であった。そこで本研究では、特定の位置に6-4光産物を導入したDNAを用いてヌクレオソームを試験管内で再構成し、X線結晶構造解析および損傷認識タンパク質を用いた生化学的解析によって上述の問題の解明を目指した。6-4光産物をヒストン側および溶媒側に配置したヌクレオソームのX線結晶構造解析の結果、導入した6-4光産物が相補鎖と塩基対を形成できないために導入した損傷箇所のDNAが大きく揺らいでいることを2種類のヌクレオソームに共通して見出した。次に、紫外線損傷認識タンパク質UV-DDBを用いてヌクレオソーム中の6-4光産物の認識機構を生化学的に解析した。その結果、UV-DDBは導入された損傷塩基の向きに依存せずに、6-4光産物の導入によって生じた不安定な塩基対の揺らぎを認識することが明らかになった。これらの成果について、研究代表者が第一著者として論文投稿中である。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Human tNASP promotes in vitro nucleosome assembly with histone H3.3. (2015)
  • Author(s): Kato, D., Osakabe, A., Tachiwana, H., Tanaka, H., and Kurumizaka, H.
  • Journal Title: Biochemistry Volume: 54 Issue: 5 Pages: 1171-1179
  • DOI: 10.1021/bi501307g
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] DNA binding properties of the actin-related protein Arp8 and its role in DNA repair. (2014)
  • Author(s): Osakabe, A., Takahashi, Y., Murakami, H., Otawa, K., Tachiwana, H., Oma, Y., Hitoshi Nishijima, H., Shibahara, K., Kurumizaka, H., Harata, M.
  • Journal Title: PLoS One Volume: 9 Issue: 10 Pages: e108354-e108354
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0108354
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Nap1 stimulates homologous recombination by RAD51 and RAD54 in higher-ordered chromatin containing histone H1. (2014)
  • Author(s): Machida, S., Takaku, M., Ikura, M., Sun, J., Suzuki, H., Kobayashi, W., Kinomura, A., Osakabe, A., Tachiwana, H., Horikoshi, Y., Fukuto, A., Matsuda, R., Ura, K., Tashiro, S., Ikura, T., and Kurumizaka, H.
  • Journal Title: Scientific Rep. Volume: 4 Issue: 1 Pages: 4863-4863
  • DOI: 10.1038/srep04863
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] The centromeric nucleosome-like CENP-T-W-S-X complex induces positive supercoils into DNA. (2013)
  • Author(s): Kozo Takeuchi, Tatsuya Nishino, Kouta Mayanagi, Naoki Horikoshi, Akihisa Osakabe, Hiroaki Tachiwana, Tetsuya Hori, Hitoshi Kurumizaka and Tatsuo Fukagawa.
  • Journal Title: Nucleic Acids Research Volume: 42 Issue: 3 Pages: 1644-1655
  • DOI: 10.1093/nar/gkt1124
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Structural basis of a nucleosome containing histone H2A. B/H2A. Bbd that transiently associates with reorganized chromatin. (2013)
  • Author(s): Arimura Y., Kimura H., Oda T., Sato K., Osakabe A., Tachiwana H., Sato Y., Kinugasa Y., Ikura T., Sugiyama M., Sato M., Kurumizaka H.
  • Journal Title: Sci Rep. Volume: 3 Issue: 1 Pages: 3510-3510
  • DOI: 10.1038/srep03510
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Structural polymorphism in the L1 loop regions of human H2A. Z. 1 and H2A. Z. 2. (2013)
  • Author(s): Naoki Horikoshi, Koichi Sato, Keisuke Shimada, Yasuhiro Arimura, Akihisa Osakabe, Hiroaki Tachiwana, Yoko Hayashi-Takanaka, Wakana Iwasaki, Wataru Kagawa, Masahiko Harata, Hiroshi Kimura and Hitoshi Kurumizaka.
  • Journal Title: Acta Crystallographica Section D Volume: 69 Issue: 12 Pages: 2431-2439
  • DOI: 10.1107/s090744491302252x
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Contribution of histone N-terminal tails to the structure and stability of nucleosomes. (2013)
  • Author(s): Wakana Iwasaki, Yuta Miya, Naoki Horikoshi, Akihisa Osakabe, Hiroyuki Taguchi, Hiroaki Tachiwana, Takehiko Shibata, Wataru Kagawa and Hitoshi Kurumizaka.
  • Journal Title: FEBS Open Bio Volume: 3 Issue: 1 Pages: 363-369
  • DOI: 10.1016/j.fob.2013.08.007
  • Peer Reviewed
• [Presentation] ヌクレオソームにおける紫外線損傷塩基の収納およびその認識機構の解析 (2014)
  • Author(s): 越阪部晃永、立和名博昭、堀越直樹、香川亘、山元淳平、安田 武嗣、花岡文雄、菅澤薫、岩井成憲、胡桃坂仁志
  • Organizer: 第37回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 横浜
  • Year and Date: 2014-11-25 – 2014-11-27
• [Presentation] Structures of the nucleosomes containing UV-damaged DNA bases and the damaged base recognition mechanism by DNA repair proteins (2014)
  • Author(s): Akihisa Osakabe, Hiroaki Tachiwana, Naoki Horikoshi, Wataru Kagawa, Junpei Yamamoto, Takeshi Yasuda, Fumio Hanaoka, Kaoru Sugasawa, Shigenori Iwai, Hitoshi Kurumizaka
  • Organizer: 5th US-Japan DNA Repair Meeting
  • Place of Presentation: 徳島
  • Year and Date: 2014-10-28 – 2014-10-31
  • Invited
• [Presentation] Structural and biochemical analyses of the nucleosome containing UV-damaged DNA (2014)
  • Author(s): Osakabe A, Tachiwana H, Horikoshi N, Kagawa W, Yasuda T, Hanaoka F, Sugasawa K, Iwai S, Kurumizaka H
  • Organizer: International Conference: Replication, Repair and Transcription
  • Place of Presentation: 京都
• [Presentation] メチル化DNAを含むヌクレオソームの再構成および生化学的物理学的解析 (2013)
  • Author(s): 越阪部晃永, 足立風水也, 加藤大貴, 町田晋一, 堀越直樹, 林田亮太, 胡桃坂仁志
  • Organizer: 第36回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 神戸
• [Presentation] メチル化DNAを含むヌクレオソームの再構成および生化学的解析 (2013)
  • Author(s): 越阪部晃永, 足立風水也, 竹田瑶弥, 有村泰宏, 堀越直樹, 胡桃坂仁志
  • Organizer: 第31回染色体ワークショップ・第12回核ダイナミクス研究会
  • Place of Presentation: 箱根
• [Presentation] 紫外線損傷DNAを含むヌクレオソームの構造生物学・生化学的解析 (2013)
  • Author(s): 越阪部晃永, 立和名博昭, 堀越直樹, 香川亘, 安田 武嗣, 花岡文雄, 菅澤薫, 岩井成憲, 胡桃坂仁志
  • Organizer: 第22回 DNA複製・組換え・修復ワークショップ
  • Place of Presentation: 仙台
• [Presentation] DNAのメチル化がヌクレオソーム構造に与える影響 (2013)
  • Author(s): 越阪部晃永
  • Organizer: 大阪大学蛋白質研究所セミナー「DNAメチル化の制御機構-メチル化模様形成、維持と消去-」
  • Place of Presentation: 大阪
  • Invited
• [Presentation] 紫外線損傷DNAを含むヌクレオソームの生化学的解析 (2013)
  • Author(s): 越阪部晃永, 堀越直樹, 立和名博昭, 香川亘, 安田 武嗣, 花岡文雄, 菅澤薫, 岩井成憲, 胡桃坂仁志
  • Organizer: 第86回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 横浜
• [Presentation] メチル化DNAを含むヌクレオソームの生化学的解析 (2013)
  • Author(s): 越阪部晃永, 足立風水也, 加藤大貴, 堀越直樹, 齋藤義正, 胡桃坂仁志
  • Organizer: 第7回日本エピジェネティクス研究会年会
  • Place of Presentation: 奈良
• [Book] エピジェネティクスキーワード事典 (2013)
  • Author(s): 胡桃坂仁志,越阪部晃永,有村泰宏
  • Total Pages: 4
  • Publisher: 羊土社
• [Remarks] 研究代表者が所属する研究室のホームページ
  • URL: http://www.eb.waseda.ac.jp/kurumizaka/
• [Remarks] 胡桃坂研究室ホームページ
  • URL: http://www.eb.waseda.ac.jp/kurumizaka/