2020 Fiscal Year Annual Research Report
| Project Area | Mechanisms underlying replication of non-genomic codes that mediate plasticity and robustness for cellular inheritance |
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| Project/Area Number |
19H05745
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
古関 明彦 国立研究開発法人理化学研究所, 生命医科学研究センター, チームリーダー (40225446)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
遠藤 高帆 国立研究開発法人理化学研究所, 生命医科学研究センター, 上級研究員 (40384862)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2024-03-31
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| Keywords | ポリコム群 / クロマチン複製 / DNA複製 / DNAメチル化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
これまで、DNMT1を欠損したES細胞ではCpGアイランドを持つポリコム群標的遺伝子が優位に脱抑制されてくることを見出した。この脱抑制は、NP95(UHRF1)に依存する。NP95は、E3ユビキチン化酵素としても作用することから、その基質のスクリーニングを行ってきた。NP95はポリコム群の重要な因子であるEEDをユビキチン化し、プロテアソームを介してEEDを分解する。一方、DNMT1はNP95のその活性に対して抑制的に作用して、ポリコム群の活性に貢献していることが示唆された。
ヌクレオソーム再構築メカニズム、ヴァリアントヒストン、及び、ポリコム群再構築過程の間の機能的にリンクするのかという点について、EPCとPCGF1-PRC1に焦点を絞った研究を行ってきた。EPCは複製にカップルして起こる親染色体からのヒストンのリサイクルと、新規合成されたヒストンの取り込みの２つの経路の作動に必要なことが明らかにされ、EPCは複製に伴うヌクレオソーム再構築に寄与すると結論付けられた。EPCは、バリアントヒストンH2A.ZとそのトンシャペロンであるANP32E、娘DNA鎖のメチル化に関わるDNMT1とNP95(UHRF1)、ヒストンメチル化の関連因子であるポリコム群タンパク質（SUZ12, EZH2など）などを新生ヌクレオソームにロードし、複製後の非ゲノム情報の維持に寄与することを示した。また、PCGF1-PRC1についても、複製フォーク近傍に局在して作用していることを見出した。特に血球系前駆細胞において、PCGF1-PRC1はDNA複製期に、複製フォーク近傍のクロマチン環境を最適化することで、ミエロイド分化の亢進を制御することを示した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
哺乳類ポリコム群であるEPC(Enhancer of Polycomb)は、オーファンポリコムとして位置づけられている。EPC-KO ES細胞では新生鎖DNAにおけるヌクレオソーム密度が低下する。この時、EPCは複製にカップルして起こる親染色体からのヒストンのリサイクルと、新規合成されたヒストンの取り込みの２つの経路の作動に必要なことが明らかにされた。その結果として、EPCを欠損すると染色体全体に渡りヌクレオソーム構造が不完全となることが示された。EPCは、複製に伴うヌクレオソーム再構築に寄与すると結論付けられた。その作用機構を解明するために、新生鎖クロマチンのプロテオーム解析(iPOND-MS)を行った。EPC-KO ES細胞では、バリアントヒストンH2A.ZとそのトンシャペロンであるANP32E、娘DNA鎖のメチル化に関わるDNMT1とNP95(UHRF1)、ヒストンメチル化の関連因子であるポリコム群タンパク質（SUZ12, EZH2など）などが減少することが明らかになった。それに対応して、EPC-KO ES細胞では、ゲノム全体にわたるDNAメチル化の低下が見られた。このように、EPCは複製後の非ゲノム情報の維持を介して、染色体安定性に寄与することが示された。
一方、NP95は、DNMT1との協働によってDNAメチル化継承に寄与するだけでなく、E3ユビキチン化酵素としても作用することから、その基質のスクリーニングを行ってきた。NP95はポリコム群の重要な因子であるEEDをユビキチン化し、プロテアソームを介してEEDを分解する。一方、DNMT1はNP95のその活性に対して抑制的に作用して、ポリコム群の活性に貢献していることが示唆された。
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| Strategy for Future Research Activity |
EPC１/2が、クロマチン複製に必須の因子であることは明らかになったが、これらがどのようにポリコム群機能の制御に寄与するのかは未知である。この埋められていないギャップに当てはまる候補として、DNMT1/NP95 (UHRF1)を見出してきた。これらは、複製フォークに結合し、DNAメチル化の維持に寄与するタンパク複合体として同定してきたものだが、同時にヒストンにリンクする様々なクロマチン制御に寄与することも見出してきた。実際、EPC１/2の欠損により、DNMT1/UHRF1の複製フォークへのリクルートメントは大きく損なわれる。また、DNMT1の欠損により、ポリコム群の標的遺伝子群への結合も大きく損なわれることを見出してきた。今後、DNMT1/UHRF1の複製フォークが、ポリコム群に作用するメカニズムを中心に解析を進めていく。
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