ヌクレオソームの多様な構造を解析する技術の開発

• Project Area: Dynamic chromatin structure and function
• Project/Area Number: 26116521
• 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: Meisei University
• Principal Investigator: 香川 亘 明星大学, 理工学部, 准教授 (70415123)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥5,980,000 (Direct Cost: ¥4,600,000、Indirect Cost: ¥1,380,000); Fiscal Year 2015: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000); Fiscal Year 2014: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
• Keywords: クロマチン / ヌクレオソーム / X線結晶構造解析

Outline of Annual Research Achievements

本研究はクロマチン構造が動的に変化する際に形成されることが考えられている多様なヌクレオソーム構造に着目し、その立体構造をX線結晶構造解析法により明らかにするための技術開発を目的とした。近年、動的なクロマチン構造を研究する上で、ヌクレオソームの立体構造がどのように多様に変化するのかが重要な課題となっている。これまでに数多くのヌクレオソームの結晶構造が報告されているが、いずれもRichmondらによって明らかにされたヌクレオソーム構造を元に、分子置換法によって解かれている。この方法は、解析を行っているヌクレオソームの構造が既知の構造と似ている場合には有効であるが、似ていない場合は構造を解くことができない可能性がある。そこで本年度は、既知のヌクレオソーム構造に依存せずに新規のヌクレオソーム構造を明らかにする実験方法を確立した。具体的には、ヌクレオソームにセレノメチオニン（重原子）を部位特異的に導入し、セレノメチオニンの異常散乱を利用してSAD法による構造解析を行った。まずヌクレオソームへのセレノメチオニンの導入部位を検討した。ヒストンはメチオニンの数が少ないため、ヒストンH2AとH2Bのヒストンフォールドに存在するロイシンをメチオニンに置換した点変異体を複数種類作製した。これらメチオニン点変異体ヒストンの中から、野生型ヒストンを用いた場合と同様にヌクレオソームを再構成できるものを探索した。同定したメチオニン点変異体ヒストンのメチオニンをセレノメチオニンに置き換えた重原子置換体を調製し、それを用いてヌクレオソームの再構成と結晶化を行い、その立体構造を決定した。今回行った構造解析法は、ヌクレオソームの構造が既知の構造と大きく異なる場合も構造決定が可能であることから、非対称なヌクレオソームなどを含む多様なヌクレオソーム構造をX線結晶構造解析により決定するための基盤的な技術となりうる。

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] Crystal structure of the nucleosome containing ultraviolet light-induced cyclobutane pyrimidine dimer. (2016)
  • Author(s): Horikoshi N, Tachiwana H, Kagawa W, Osakabe A, Matsumoto S, Iwai S, Sugasawa K, Kurumizaka H.
  • Journal Title: Biochem Biophys Res Commun. Volume: 471 Issue: 1 Pages: 117-122
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2016.01.170
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Histone H3.5 forms an unstable nucleosome and accumulates around transcription start sites in human testis. (2016)
  • Author(s): Urahama T, Harada A, Maehara K, Horikoshi N, Sato K, Sato Y, Shiraishi K, Sugino N, Osakabe A, Tachiwana H, Kagawa W, Kimura H, Ohkawa Y, Kurumizaka H.
  • Journal Title: Epigenetics Chromatin Volume: 9 Issue: 1 Pages: 1-16
  • DOI: 10.1186/s13072-016-0051-y
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Structural basis of pyrimidine-pyrimidone (6-4) photoproduct recognition by UV-DDB in the nucleosome. (2015)
  • Author(s): Osakabe, A., Tachiwana, H., Kagawa, W., Horikoshi, N., Matsumoto, S., Hasegawa, M., Matsumoto, N., Toga, T., Yamamoto, J., Hanaoka, F., Thoma, N.H., Sugasawa, K., Iwai, S., Kurumizaka, H.
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 5 Issue: 1 Pages: 16330-16330
  • DOI: 10.1038/srep16330
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Structure of RizA, an L-amino-acid ligase from Bacillus subtilis. (2015)
  • Author(s): Kagawa W, Arai T, Ishikura S, Kino K, Kurumizaka H.
  • Journal Title: Acta Crystallogr F Struct Biol Commun. Volume: 71 Issue: 9 Pages: 1125-1130
  • DOI: 10.1107/s2053230x15012698
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Crystal structure and stable property of the cancer-associated heterotypic nucleosome containing CENP-A and H3.3. (2014)
  • Author(s): Arimura Y, Shirayama K, Horikoshi N, Fujita R, Taguchi H, Kagawa W, Fukagawa T, Almouzni G, Kurumizaka H.
  • Journal Title: Sci Rep. Volume: 4 Issue: 1 Pages: 7115-7115
  • DOI: 10.1038/srep07115
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] 出芽酵母Rad52の相同組換えにおける分子メカニズム (2014)
  • Author(s): 新井直人、香川亘
  • Journal Title: 生化学 Volume: 86 Pages: 693-697
  • NAID: 40020254551
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] ヌクレオソームの新たな立体構造解析法の開発 (2015)
  • Author(s): 浦野一輝、堀越直樹、鯨井智也、田口祐之、胡桃坂仁志、香川亘
  • Organizer: 第38回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 神戸
  • Year and Date: 2015-12-01
• [Presentation] 結晶化シャペロンを用いたBqt1-Bqt2複合体のX線結晶構造解析 (2015)
  • Author(s): 讓原 秀隆、横山 浩、近重 裕次、原口 徳子、平岡 泰、胡桃坂 仁志、香川 亘
  • Organizer: 第38回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 神戸
  • Year and Date: 2015-12-01
• [Presentation] 酵母Rad59-Rad52複合体の生化学的解析 (2015)
  • Author(s): 五月女美香、香川亘
  • Organizer: 第38回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 神戸
  • Year and Date: 2015-12-01
• [Presentation] Developing alternative methods for the structural determination of the nucleosome (2015)
  • Author(s): Wataru Kagawa, Kazuki Urano, Naoki Horikoshi, Tomoya Kujirai, Hiroyuki Taguchi, Hitoshi Kurumizaka
  • Organizer: International Symposium on Chromatin Structure, Dynamics, and Function
  • Place of Presentation: Awaji Yumebutai International Conference Center, Awaji Island
  • Year and Date: 2015-08-23
• [Presentation] ヒトRad52タンパク質における二つのDNA結合部位の役割 (2014)
  • Author(s): 香川 亘、五月女 美香、齋藤 健吾、安田 武嗣、荻 朋男、胡桃坂 仁志
  • Organizer: 第37回日本分子生物学会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜
  • Year and Date: 2014-11-25 – 2014-11-27
• [Presentation] DNA修復タンパク質Rad52と一本鎖DNAとの複合体のX線結晶構造解析 (2014)
  • Author(s): 五月女 美香、胡桃坂 仁志、香川 亘
  • Organizer: 第37回日本分子生物学会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜
  • Year and Date: 2014-11-25 – 2014-11-27
• [Funded Workshop] International Symposium on Chromatin Structure, Dynamics, and Function (2015)
  • Place of Presentation: 淡路国際会議場
  • Year and Date: 2015-08-23