Regulation mechanism of a transcription cycle by static/dynamic structural analyses

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Integral understanding of the mechanism of transcription cycle through quantitative, high-resolution approaches
• Project/Area Number: 24118005
• Research Institution: Yokohama City University
• Principal Investigator: 緒方 一博 横浜市立大学, 医学研究科, 教授 (90260330)
• Project Period (FY): 2012-06-28 – 2017-03-31
• Keywords: 転写因子 / Ｘ線結晶構造解析 / エンハンソソーム / 細胞シグナル / 分子動力学

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、エンハンソソーム形成機構を分子構造レベルで明らかにすることを通して、細胞シグナル依存的な転写制御の基本原理の解明を目指している。分子動力学等の計算科学による解析（中村らとの共同研究）のほか、バイオインフォマティックスの手法を取り入れ（松本らとの共同研究）、多角的に研究を行っている。
1) 細胞核内では、DNAはヌクレオソームを形成して存在している。TCRαエンハンサー上に形成されるエンハンソソームについて、我々は実験モデルを組み合わせることにより、LEF1-(Runx1-CBFβ)2-Ets1-DNA七者複合体の分子構造をすでに明らかにしている。このモデルによれば、ヌクレオソームに対して、TCRαエンハンソソームはヒストン八量体と立体的に干渉するため相互作用することは難しいと予想された。これを実験的に検証するため、TCRαエンハンサーを含むヌクレオソームに対して、Runx1, Ets1, LEF1などが、単独あるいは複数で、どのように相互作用するのかをインビトロで解析した。その結果、ヒストン8量体とTCRαエンハンソソームとは、互いにDNAに対して拮抗的に結合することを見出した。
2) Ets1の天然変性領域のリン酸化がEts1自身のDNA結合活性を抑制する機構が、リン酸化を受けた天然変性領域とEts1のDNA結合面との相互作用による競合阻害であることを、中村らと共同研究による分子シミュレーションにより明らかにした。これを実験的に検証するため、Ets1の天然変性領域を中心に半網羅的なアミノ酸置換実験を行い、シミュレーションモデルを確かめた。
3) 転写因子および転写関連タンパク質のアミノ酸変異が遺伝性疾患を引き起こすメカニズムについて、分子構造面から解析した（松本らとの共同研究）。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] A novel GFI1B mutation at the first zinc finger domain causes congenital macrothrombocytopenia. (2017)
  • Author(s): Uchiyama Y, Ogawa Y, Kunishima S, Shiina M, Nakashima M, Yanagisawa K, Yokohama A, Imagawa E, Miyatake S, Mizuguchi T, Takata A, Miyake N, Ogata K, Handa H, Matsumoto N
  • Journal Title: Br J Haematol Volume: 印刷中 Pages: 印刷中
  • DOI: 10.1111/bjh.14710
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Molecular mechanisms of cooperative binding of transcription factors Runx1-CBFβ-Ets1 on the TCRα gene enhancer. (2017)
  • Author(s): Kasahara K, Shiina M, Fukuda I, Ogata K, Nakamura H
  • Journal Title: PLoS One Volume: 12 Pages: e0172654
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0172654
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Biallelic mutations in the 3' exonuclease TOE1 cause pontocerebellar hypoplasia and uncover a role in snRNA processing. (2017)
  • Author(s): Lardelli RM, Schaffer AE, Manchester D, Matsumoto N, Muramatsu K, Saitsu H, Shiina M, Ogata K, Foulds N, Dobyns WB, Chi NC, Traver D, Spaccini L, Bova SM, Gabriel SB, Gunel M, Valente EM, Nassogne MC, Bennett EJ, Yeo GW, Baas F, Lykke-Andersen J, Gleeson JG
  • Journal Title: Nat Genet Volume: 49 Pages: 457-464
  • DOI: 10.1038/ng.3762
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] PARS2 and NARS2 mutations in infantile-onset neurodegenerative disorder. (2017)
  • Author(s): Mizuguchi T, Nakashima M, Kato M, Yamada K, Okanishi T, Ekhilevitch N, Mandel H, Eran A, Toyono M, Sawaishi Y, Motoi H, Shiina M, Ogata K, Miyatake S, Miyake N, Saitsu H, Matsumoto N
  • Journal Title: J Hum Genet Volume: 62 Pages: 525-529
  • DOI: 10.1038/jhg.2016.163
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Biallelic Mutations in MYPN, Encoding Myopalladin, Are Associated with Childhood-Onset, Slowly Progressive Nemaline Myopathy. (2017)
  • Author(s): Miyatake S, Mitsuhashi S, Hayashi YK, Purevjav E, Nishikawa A, Koshimizu E, Suzuki M, Yatabe K, Tanaka Y, Ogata K, Kuru S, Shiina M, Tsurusaki Y, Nakashima M, Mizuguchi T, Miyake N, Saitsu H, Ogata K, Kawai M, Towbin J, Nonaka I, Nishino I, Matsumoto N
  • Journal Title: Am J Hum Genet Volume: 100 Pages: 169-178
  • DOI: 10.1016/j.ajhg.2016.11.017
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] The first report of Japanese patients with asparagine synthetase deficiency. (2017)
  • Author(s): Yamamoto T, Endo W, Ohnishi H, Kubota K, Kawamoto N, Inui T, Imamura A, Takanashi JI, Shiina M, Saitsu H, Ogata K, Matsumoto N, Haginoya K, Fukao T
  • Journal Title: Brain Dev Volume: 39 Pages: 236-242
  • DOI: 10.1016/j.braindev.2016.09.010
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Distal arthrogryposis with variable clinical expression caused by TNNI2 mutation. (2016)
  • Author(s): Vida Culic, Noriko Miyake, Suncana Jankovic, Davor Petrovic, Marko Simunovic, Tomislav Dapic, Masaaki Shiina, Kazuhiro Ogata & Naomichi Matsumoto
  • Journal Title: Hum Genome Var Volume: 3 Pages: 16035
  • DOI: 10.1038/hgv.2016.35
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Biallelic TBCD Mutations Cause Early-Onset Neurodegenerative Encephalopathy. (2016)
  • Author(s): Miyake N, Fukai R, Imagawa E, Shiina M, Ogata K, Okuno-Yuguchi J, Fueki N, Ogiso Y, Suzumura H, Watabe Y, Imataka G, Leong HY, Fattal-Valevski A, Kramer U, Miyatake S, Kato M, Okamoto N, Sato Y, Mitsuhashi S, Nishino I, Kaneko N, Nishiyama A, Tamura T, Mizuguchi T, Nakashima M, Tanaka F, Saitsu H, Matsumoto N
  • Journal Title: Am J Hum Genet Volume: 99 Pages: 950-961
  • DOI: 10.1016/j.ajhg.2016.08.005
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Search for anti-leukemic drugs targeting the transcription factor Runx1 by INTENDD (2017)
  • Author(s): Shiina M, Baba S, Uchiyama A, Okada C, Tanaka T, Ikeda K, Kawakita S, Matsuzaki T, Komatsu H, Hosoda M, Ogata K
  • Organizer: The 137th Annual Meeting of the Pharmaceutical Society of Japan, 3rd International Symposium for Medicinal Sciences
  • Place of Presentation: 仙台国際センター（宮城県仙台市）
  • Year and Date: 2017-03-24 – 2017-03-27
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] パートナー因子によるEts1のコンフォーメーション分布の変化と活性制御機構の解析 (2016)
  • Author(s): 内山晃子，椎名政昭，浜田恵輔，馬場しほ，岡田千佳子，鈴木香絵，佐藤 光，緒方一博
  • Organizer: 第39回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2016-11-30 – 2016-12-02
• [Presentation] 転写因子Ets1の天然変性領域のリン酸化によるDNA結合制御機構の速度論的解析 (2016)
  • Author(s): 椎名政昭，笠原浩太，肥後順一，馬場しほ，内山晃子，岡田千佳子，浜田恵輔，佐藤 光，中村春木，緒方一博
  • Organizer: 第39回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2016-11-30 – 2016-12-02
• [Presentation] Molecular behavior of a higher-order complex of multiple transcription factors on enhancer site upon phosphorylation (2016)
  • Author(s): Ogata K, Shiina M, Kasahara K, Higo J, Hamada K, Nakamura H
  • Organizer: 6th International Conference on Structural Biology (Structural Biology 2016)
  • Place of Presentation: New Orleans (Hilton New Orleans Airport Hotel), USA
  • Year and Date: 2016-08-22 – 2016-08-23
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Molecular mechanism for modulation of a multiple transcription factor complex formed on enhancer site up on phosphorylation (2016)
  • Author(s): Ogata K, Shiina M, Kasahara K, Higo J, Hamada K, Nakamura H
  • Organizer: 5th International Conference and Exhibition on Metabolomics
  • Place of Presentation: Hyatt Regency Osaka（大阪府大阪市）
  • Year and Date: 2016-05-16 – 2016-05-18
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Remarks] 横浜市立大学大学院医学研究科生化学教室ホームページ
  • URL: http://www-user.yokohama-cu.ac.jp/~seika/index.html