X線小角散乱を用いた再構成クロマチンの動的構造解析

• Project Area: Dynamic chromatin structure and function
• Project/Area Number: 26116519
• 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: Yokohama City University
• Principal Investigator: 小田 隆 横浜市立大学, 生命医科学研究科, 特任助教 (00573164)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥10,400,000 (Direct Cost: ¥8,000,000、Indirect Cost: ¥2,400,000); Fiscal Year 2015: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2014: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: クロマチン / X線小角散乱 / 分子動力学計算

Outline of Annual Research Achievements

早稲田大学胡桃坂博士、京都大学高田博士らとの共同研究により、ヒストンH3のセントロメア特異的なバリアントであるCENP-Aを含む再構成クロマチンについてX線小角散乱解析と分子動力学計算を合わせた解析を行い、その構造的特徴を明らかにした。これまでの胡桃坂および我々の研究からCENP-Aモノヌクレオソームでは通常のH3モノヌクレオソームと異なりヒストン8量体に巻きついたDNAの両端がはがれて揺らいだ状態にあることが示されている(Tachiwana et al, 2011, Nature)。このようなCENP-Aモノヌクレオソームに特徴的な構造が高次のクロマチン構造へ与える影響と、セントロメアの形成・維持・機能における役割を明らかにするために、通常のH3からなるヌクレオソームまたはCENP-Aからなるヌクレオソームを含む高次の再構成クロマチンを調製し解析を行った。前年度までに行ったX線小角散乱実験の結果、CENP-Aを含む再構成クロマチンではH3のみからなる再構成クロマチンと高次構造が明らかに異なることが観測されていたが、より詳細な解析を行うために分子動力学計算を行った。計算結果の妥当性を検証するために、分子動力学計算結果から計算されるX線小角散乱パターンと実測のX線小角散乱パターンを比較したところ、両者はよく一致し、分子動力学計算の結果は妥当であることを検証できた。さらに分子動力学計算の結果からCENP-Aを含む再構成クロマチンは特徴的な構造を取りやすいことが示され、このことがクロマチン繊維上でCENP-Aがセントロメア形成のための目印として機能することが推測された。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Extended string-like binding of the phosphorylated HP1α N-terminal tail to the lysine 9-methylated histone H3 tail. (2016)
  • Author(s): Shimojo H, Kawaguchi A, Oda T, Hashiguchi N, Omori S, Moritsugu K, Kidera A, Hiragami-Hamada K, Nakayama J, Sato M, Nishimura Y.
  • Journal Title: Sci Rep. Volume: 6 Issue: 1 Pages: 22527-22527
  • DOI: 10.1038/srep22527
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] A novel 3' splice site recognition by the two zinc fingers in the U2AF small subunit. (2015)
  • Author(s): Yoshida H, Park S-Y, Oda T, Akiyoshi T, Sato M, Shirouzu M, Tsuda K, Kuwasako K, Unzai S, Muto Y, Urano T, Obayashi E.
  • Journal Title: Genes Dev. Volume: 29 Issue: 15 Pages: 1649-1660
  • DOI: 10.1101/gad.267104.115
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Molecular basis for SMC rod formation and its dissolution upon DNA binding (2015)
  • Author(s): Y. Soh, F. Bürmann, H. Shin, T. Oda, K. S. Jin, C. P. Toseland, C. Kim, H. Lee, S. J. Kim, M. Kong, M. Durand-Diebold, Y. Kim, H. M. Kim, N. K. Lee, M. Sato, B. Oh, S. Gruber
  • Journal Title: Mol. Cell Volume: 57 Issue: 2 Pages: 290-303
  • DOI: 10.1016/j.molcel.2014.11.023
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Distinct features of the histone core structure in nucleosomes containing the histone H2A.B variant. (2014)
  • Author(s): Sugiyama M, Arimura Y, Shirayama K, Fujita R, Oba Y, Sato N, Inoue R, Oda T, Sato M, Heenan RK, Kurumizaka H.
  • Journal Title: Biophys J. Volume: 106 Issue: 10 Pages: 2206-2213
  • DOI: 10.1016/j.bpj.2014.04.007
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 小角散乱と結晶構造の複合構造解析 (2014)
  • Author(s): 小田隆、橋本博
  • Journal Title: 日本結晶学会誌 Volume: 56 Pages: 247-252
  • NAID: 130004688357
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Structural analysis of tri-nucleosome containing centromere specific histone variant (2015)
  • Author(s): Takashi Oda, Hiroaki Tachiwana, Yusuke Takagi, Yasuhiro Arimura, Shoji Takada, Hitoshi Kurumizaka, and Mamoru Sato
  • Organizer: International Symposium on Chromatin Structure, Dynamics, and Function
  • Place of Presentation: 兵庫県淡路市
  • Year and Date: 2015-08-23
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] DNA架橋損傷修復に関わる天然変性タンパク質Hefの構造研究 (2014)
  • Author(s): 小田隆, 小林裕也, 舘岡太郎, 宮城泰城, 石黒あかり, 有田恭平, 禾晃和, 石野良純, 杉山正明, 佐藤衛
  • Organizer: 第14会日本蛋白質科学会年会
  • Place of Presentation: 横浜市
  • Year and Date: 2014-06-24 – 2014-06-27
• [Presentation] X線小角散乱によるタンパク質の揺らいだ構造の解析 (2014)
  • Author(s): 小田隆
  • Organizer: 第2回タンパク質X線溶液散乱講習会
  • Place of Presentation: つくば市
  • Year and Date: 2014-06-03 – 2014-06-04
  • Invited
• [Remarks] 遺伝子発現を抑えるヘテロクロマチン構造形成、タンパク質の結合機構を解明
  • URL: http://www.qlifepro.com/news/20160309/heterochromatin-structure-formation-elucidate-the-coupling-mechanism-of-protein.html