2011 Fiscal Year Annual Research Report
| Project Area | The physicochemical field for genetic activities |
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20114006
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
小布施 力史 北海道大学, 先端生命科学研究科(研究院), 教授 (00273855)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
長尾 恒治 北海道大学, 先端生命科学研究科(研究院), 助教 (60426575)
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| Keywords | ヘテロクロマチン / X染色体 / HP1 / SMCHD1 / プロテオミクス / 次世代シーケンサー / クロマチン免疫沈降法 |
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| Research Abstract |
HP1結合タンパク質として見いだした未知タンパク質の一つが、不活性化X染色体領域に局在したことから、HBiX1 (HP1 binding protein enriched in inactive X chromosome)と名付け、解析を進めた。質量分析器を用いHBiX1と結合するタンパク質を探索したところ、HP1に加え、変異マウスの表現型からX染色体の不活性化に関わると報告されていたSmcHD1のヒトホモログを同定した。そこで、HBiX1の不活性化X染色体における機能を明らかにするために、女性由来細胞でHBiX1をRNAiにより阻害したところ、バー小体が消失し、不活性化X染色体の凝縮がなくなることを見いだした。次に、バー小体形成の分子経路を明らかにするため、SMCHD1に加えて、X染色体の不活性化に関与する、H3K27のメチル化酵素PRC2、X染色体特異的な非コード長鎖RNAであるXISTを、それぞれ阻害し同様の観察を行ったところ、HBiX1-SMCHD1複合体はXISTの下流で、不活性化X染色体の凝縮 (バー小体形成)に必須な役割をしている事が明らかとなった。また、HBiX1-SMCHD1によるバー小体の形成はPRC2に依存しない事から、HBiX1-SMCHD1によるバー小体形成経路とPRC2によるH3K27me3修飾経路の２つが独立に存在することがわかった。さらに、ChIP-seqおよび間接蛍光法を用いて局在依存性を解析した結果、HBiX1-SMCHD1複合体は不活性化X染色体上で、HP1の結合するH3K9me3領域と、XISTに富むH3K27me3領域とを繋ぐことで、凝縮したヘテロクロマチン構造を作り出しているというモデルを提案した。
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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
この実施年度内の成果により、ヘテロクロマチンの高次構造の分子による成り立ちを世界で始めて明らかにすることができた。また、「実績概要」で述べたヘテロクロマチン形成機構は、特定の部位間の相互作用によってではなく、ランダムな相互作用によって構築されると想像された。このような構造をとることにより、クロマチンの動態は制限され、転写活性に必要な核内配置や転写ファクトリーなどへの取り込みが制限されることが予想される。これがヘテロクロマチンの転写不活性化の一つのメカニズムであることを提唱できた。さらに、「繰り越し」により、非コードRNAであるXIST RNAの高次クロマチン構造形成への関与を示すことができた。これらを総合して、これらの研究論文はこの分野のトップジャーナルであるNature Structural & Molecular Biology誌に掲載が決定され、表紙も飾る予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
「実績概要」で述べたHBiX1およびSMCHD1は、常染色体にも局在しており、X染色体以外でもヘテロクロマチン構造の形成に寄与していると考えられる。２４年度の計画では、HBiX1、SMCHD1、Xist RNAの分布、FISHによるクロマチンの高次構造の解析とを比較検討することにより、クロマチン高次構造の形成機構を一般化するとともに、どのように特異的な領域を規定しているのかについて考察を行う。また、HP1結合因子として同定したSENP7がある種のヒストンメチル化酵素が結合することが明らかとなったので、これを切り口に、特異的な染色体領域へのヘテロクロマチン形成メカニズムを議論できるまで発展させ、論文として発表する。
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