2018 Fiscal Year Annual Research Report
ヌクレオソーム高次構造とダイナミクスの解析によるクロマチン潜在能の解明
| Project Area | Chromatin potential for gene regulation |
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| Project/Area Number |
18H05534
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
胡桃坂 仁志 東京大学, 定量生命科学研究所, 教授 (80300870)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
杉山 正明 京都大学, 複合原子力科学研究所, 教授 (10253395)
河野 秀俊 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 関西光科学研究所 量子生命科学研究部, グループリーダー(定常) (40291918)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2023-03-31
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| Keywords | ヌクレオソーム / クロマチン / 遺伝子発現 / エピジェネティクス / 遺伝情報複製・再編 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
クロマチンは、ヌクレオソームを基盤構造としてさまざまな結合因子群が会合した超分子複合体である。ヒストンバリアント、ヒストン修飾、ヒストンシャペロン、ヌクレオソームリモデラーなどのエピゲノム情報の変化によって、ヌクレオソーム構造が変動することで、さまざまな状態のクロマチン構造が形成される。本研究では、このヌクレオソームの多様な高次構造と動的性質を明らかにすることにより、遺伝子発現を制御する「クロマチンポテンシャル」の基盤原理を解明することを目指している。本年度は、昨年度開始した以下の項目１－４の研究を開始した。（項目１）リンカーヒストンにより構築されるヌクレオソーム高次構造の解明：リンカーヒストンH1とヌクレオソームとの相互作用を解明するために、H1-ヌクレオソームの複合体の調製法の検討を行った。また、新規に同定しているアミノ酸配列が保存されていない機能ホモログに関しても、ヌクレオソームとの複合体の調製法の検討を行い、クライオ電子顕微鏡解析での構造解析条件の検討も行った。（項目２）ヘテロクロマチンの基盤となるヌクレオソーム高次構造の解明：ヘテロクロマチン領域の局在因子の1つであるリンカーヒストンH1 が結合したHP1-ジヌクレオソーム-H1複合体の調製法の検討を行った。（項目３）遺伝子発現制御領域に形成されるヌクレオソーム高次構造の解明：特定のヒストンバリアントやヒストン修飾などを含むヌクレオソームの再構成を行い、それらの構造および構造的性質の解析を行った。また、転写制御に重要なパイオニア転写因子群などと結合したヌクレオソーム複合体の調製法の検討を行った。（項目４）ヌクレオソーム高次構造と転写制御能の相関関係の解析：再構成ヌクレオソームを用いた試験管内での転写反応系を用いて、転写伸長複合体の立体構造をクライオ電子顕微鏡法によって行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本年度は、計画している４項目全てにおいて、当初の計画以上の進展が見られた。（項目１）「リンカーヒストンにより構築されるヌクレオソーム高次構造の解明」では、リンカーヒストン-ヌクレオソーム複合体の調製法の検討を行う過程で、新規に同定しているアミノ酸配列が保存されていないリンカーヒストンの機能ホモログとヌクレオソームとの複合体の調製に成功した。そして、クライオ電子顕微鏡解析での構造解析条件の検討を行うことで、その立体構造の概要を得ることに成功した。（項目２）「ヘテロクロマチンの基盤となるヌクレオソーム高次構造の解明」では、ヘテロクロマチン領域の局在因子の1つであるリンカーヒストンH1 が結合したHP1-ジヌクレオソーム-H1複合体のクライオ電子顕微鏡像を得ることに成功した。（項目３）「遺伝子発現制御領域に形成されるヌクレオソーム高次構造の解明」では、ヒストンバリアントの1つであるCENP-Aの中心領域（CENP-A Targeting Domain: CATD）を含むヌクレオソームにおいて、CATDが同一ヌクレオソーム内のヒストンH4のN末テール領域の構造に変動を与えることを明らかにした。また、ヒストンH2A.Zおよびヒストンメチル化を含むヌクレオソームの構造的性質の解析を行い、それらのヌクレオソーム構造への影響を明らかにした。（項目４）「ヌクレオソーム高次構造と転写制御能の相関関係の解析」では、再構成ヌクレオソームを用いた試験管内での転写反応系を用いて、転写伸長中のRNA polymerase IIとヌクレオソームとの複合体群、および転写伸長中のRNA polymerase II、ヌクレオソーム、転写伸長因子群との複合体の立体構造をクライオ電子顕微鏡法によって解明した。
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| Strategy for Future Research Activity |
計画している４項目において、順調に進展しているため、計画通りに研究を推進する。特に、（項目１）「リンカーヒストンにより構築されるヌクレオソーム高次構造の解明」では、世界的な競争が激しいリンカーヒストン-ヌクレオソーム複合体の解析に加えて、独自性の高い新規に同定しているリンカーヒストンの機能ホモログとヌクレオソームとの複合体の解析に注力することで研究を効率よく推進するように努める。（項目２）「ヘテロクロマチンの基盤となるヌクレオソーム高次構造の解明」では、リンカーヒストンH1 が結合したHP1-ジヌクレオソーム-H1複合体のクライオ電子顕微鏡像の高分解能化を目指し、さらなるサンプル調製法の改善と画像取得法の改善を図る。（項目３）「遺伝子発現制御領域に形成されるヌクレオソーム高次構造の解明」では、遺伝子発現領域のヌクレオソームに結合するパイオニア転写因子群とヌクレオソームとの複合体の解析を中心に進める。（項目４）「ヌクレオソーム高次構造と転写制御能の相関関係の解析」では、ヒストンバリアント、ヒストン修飾、非コードRNAなどによる転写反応への影響を、生化学的および構造生物学的な手法により解析する。
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[Presentation] Sequence-Dependent Asymmetric Unwrapping of nucleosomes of yeast2019
Author(s)
Luo, D., Kato, D., Nogami, J., Ohkawa, Y., Kurumizaka, H., and Kono, H.
Organizer
The 63rd Annual Meeting of the Biophysical Society
Int'l Joint Research
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