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2013 Fiscal Year Annual Research Report

再構成ヌクレオソームを用いた動的クロマチン構造の解明

Planned Research

Project AreaDynamic chromatin structure and function
Project/Area Number 25116002
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Research InstitutionWaseda University

Principal Investigator

胡桃坂 仁志  早稲田大学, 理工学術院, 教授 (80300870)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 堀 哲也  国立遺伝学研究所, 大学共同利用機関等の部局等, 助教 (70550078)
Project Period (FY) 2013-06-28 – 2018-03-31
Keywords染色体構築・機能・分配 / 遺伝情報複製・再編 / ゲノム多様性 / ゲノム進化・再編 / ゲノム機能 / 活性発現の分子機構 / 生体高分子構造・機能 / 構造活性相関
Research Abstract

真核生物ゲノムDNAの細胞核内での本体であるクロマチンは、動的に構造変動することによってDNA機能制御を行っている。本研究では、このようなクロマチン構造の動的実体の解明を目指して、構造生物学、計算科学、生化学、細胞生物学的研究を推進し、クロマチン動構造の実体を解明することを目的とする。本年度では、クロマチンの基本ユニットであるヌクレオソームの構造および動態の多様性を、再構成ヌクレオソームを用いて、構造生物学的、生化学的、および細胞生物学的手法によって解析した。まず、ヒストンH2Aのバリアント、H2A.Z.1、H2A.Z.2、およびH2A.Bに着目した。そして、H2A.Z.1およびH2A.Z.2を含むヌクレオソームが、通常型のヒストンH2Aを含むヌクレオソームと比較して不安定であることを発見した。H2A.Z.1およびH2A.Z.2を含むヌクレオソームの立体構造をX線結晶構造解析法により明らかにし、H2A.Z.1およびH2A.Z.2は、いずれもL1ループ領域にてヌクレオソーム内で接触しており、L1ループ領域が構造的にフレキシブルであることを明らかにした。また、H2A.Bに関して、細胞生物学的解析およびX線小角散乱解析を行い、H2A.BがDNA損傷部位に集積すること、H2A.Bを含むヌクレオソームでは両端のDNA部分がフレキシブルであることなどが明らかになった。加えて、クロマチン動態に重要と考えられているヒストンテール領域の構造的役割を解明するために、個々のヒストンテールを欠失したH2A、H2B、H3.1、およびH4を含むヌクレオソームを再構成し、それらの立体構造を決定することに成功した。さらに、セントロメア特異的なクロマチン構成タンパク質の機能解析も行い、クロマチンドメイン形成機構に関する重要な知見を得た。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

クロマチン動構造をヌクレオソームレベルで解析するために、ヒストンH2Aバリアントである、H2A.Z.1、H2A.Z.2、およびH2A.Bを含むヌクレオソームの再構成を行い、これらの立体構造の解析を行うことに成功した。並行して、生化学的および細胞生物学的解析を行うことで、これらを含むヌクレオソームの機能発現機構に関する知見を得ることもできた。また、クロマチンドメイン形成に重要なヒストンテールやセントロメア形成因子の解析も進展し、クロマチンドメイン形成機構に関する重要な知見を得ることができた。これらの成果は当初の計画を大きく上回っており、本年度は計画以上に研究が進展したと考えられる。

Strategy for Future Research Activity

本年度の研究によって、今後の研究を遂行する上で重要な技術を得ることができた。特に、H2Aバリアントの解析によって得られた技術は、クロマチン動構造の中心的役割を果たすH3バリアントの解析に直接応用できるものである。今後は、H3バリアントの解析へと研究を発展させる。また、高次のクロマチンを再構成して、それらの構造と機能の解析を行うことも重要である。現在、そのための技術は確立しつつある。

  • Research Products

    (45 results)

All 2014 2013 Other

All Journal Article (7 results) (of which Peer Reviewed: 7 results) Presentation (33 results) (of which Invited: 7 results) Book (3 results) Remarks (2 results)

  • [Journal Article] Mislocalization of the centromeric histone variant CenH3/CENP-A in human cells depends on the chaperone DAXX.2014

    • Author(s)
      Lacoste, N., Woolfe, A., Tachiwana, H., Villar Garea, A., Barth, T., Cantaloube, S., Kurumizaka, H., Imhof, A., and Almouzni, G.
    • Journal Title

      Molecular Cell

      Volume: 53 Pages: 631-644

    • DOI

      10.1016/j.molcel.2014.01.018

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] The centromeric nucleosome-like CENP-T-W-S-X complex induces positive supercoils into DNA.2014

    • Author(s)
      Takeuchi, K., Nishino, T., Mayanagi, K., Horikoshi, N., Osakabe, A., Tachiwana, H., Hori, T., Kurumizaka, H., and Fukagawa, T.
    • Journal Title

      Nucleic Acids Res.

      Volume: 42 Pages: 1644-1655

    • DOI

      10.1093/nar/gkt1124

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Structural basis of a nucleosome containing histone H2A.B/H2A.Bbd that transiently associates with reorganized chromatin.2013

    • Author(s)
      Arimura, Y., Kimura, H., Oda, T., Sato, K., Osakabe, A., Tachiwana, H., Sato, Y., Kinugasa, Y., Ikura, T., Sugiyama, M., Sato, M., and Kurumizaka, H.
    • Journal Title

      Scientific Rep.

      Volume: 3 Pages: 3510

    • DOI

      10.1038/srep03510

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Structural polymorphism in the L1 loop regions of human H2A.Z.1 and H2A.Z.2.2013

    • Author(s)
      Horikoshi, N., Sato, K., Shimada, K., Arimura, Y., Osakabe, A., Tachiwana, H., Hayashi-Takanaka, Y., Iwasaki, W., Kagawa, W., Harata, M., Kimura, H., and Kurumizaka, H.
    • Journal Title

      Acta Cryst., D

      Volume: 69 Pages: 2431-2439

    • DOI

      10.1107/S090744491302252X

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Conclusive evidence of the reconstituted hexasome proved by native mass spectrometry.2013

    • Author(s)
      Azegami, N., Saikusa, K., Todokoro, Y., Kurumizaka, H., Nagadoi, A., Nishimura, Y., and Akashi, S.
    • Journal Title

      Biochemistry

      Volume: 52 Pages: 5155-5157

    • DOI

      10.1021/bi4005655

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Contribution of histone N-terminal tails to the structure and stability of nucleosomes.2013

    • Author(s)
      Iwasaki, W., Miya, Y., Horikoshi, N., Osakabe, A., Taguchi, H., Tachiwana, H., Shibata, T., Kagawa, W., and Kurumizaka, H.
    • Journal Title

      FEBS Open Bio

      Volume: 3 Pages: 363-369

    • DOI

      10.1016/j.fob.2013.08.007

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Genetically encoded system to track histone modification in vivo.2013

    • Author(s)
      Sato, Y., Mukai, M., Ueda, J., Muraki, M., Stasevich, T. J., Horikoshi, N., Kujirai, T., Kita, H., Kimura, T., Hira, S., Okada, Y., Hayashi-Takanaka, Y., Obuse, C., Kurumizaka, H., Kawahara, A., Yamagata, K., Nozaki, N., and Kimura, H.
    • Journal Title

      Scientific Rep.

      Volume: 3 Pages: 2436

    • DOI

      10.1038/srep02436

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] セントロメアタンパク質CENP-Aによって誘起されるクロマチン構造の多様性2014

    • Author(s)
      胡桃坂 仁志
    • Organizer
      国際高等研究所 研究プロジェクト「クロマチン・デコーディング」2013年度第1回研究会
    • Place of Presentation
      京都
    • Year and Date
      20140328-20140330
    • Invited
  • [Presentation] Structural basis for chromatin dynamics2014

    • Author(s)
      Kurumizaka, H.
    • Organizer
      第2回 クロマチン動態数理研究拠点 国際シンポジウム
    • Place of Presentation
      広島
    • Year and Date
      20140310-20140311
    • Invited
  • [Presentation] The size of centromere is controlled by coordination of centromere proteins2013

    • Author(s)
      Hori, T.
    • Organizer
      ASCB Annual Meeting
    • Place of Presentation
      New Orleans (USA)
    • Year and Date
      20131214-20131218
  • [Presentation] クロマチン機能発現の基盤としてのヌクレオソーム構造多様性2013

    • Author(s)
      胡桃坂仁志
    • Organizer
      第36回日本分子生物学会年会
    • Place of Presentation
      神戸
    • Year and Date
      20131203-20131206
    • Invited
  • [Presentation] ICL修復に重要なFAN1ヌクレアーゼの生化学的機能解析2013

    • Author(s)
      佐藤 浩一, 高橋 大介, 平山 恵美子, 高田 穣, 胡桃坂 仁志
    • Organizer
      第36回日本分子生物学会年会
    • Place of Presentation
      神戸
    • Year and Date
      20131203-20131206
  • [Presentation] Histone H3-ubiquitination by UHRF1 in maintenance of DNA methylation2013

    • Author(s)
      高橋大介, 佐藤浩一, 下向真代, 西山敦哉, 中西真, 有田恭平, 胡桃坂仁志
    • Organizer
      第36回日本分子生物学会年会
    • Place of Presentation
      神戸
    • Year and Date
      20131203-20131206
  • [Presentation] CENP-Aヌクレオソームにおける動的なDNA構造とその制御機構2013

    • Author(s)
      有村 泰宏, 越阪部 晃永, 白山 一義, 宮 優太, 竹田 瑶弥, 立和名 博昭, 河野 秀俊, 胡桃坂 仁志
    • Organizer
      第36回日本分子生物学会年会
    • Place of Presentation
      神戸
    • Year and Date
      20131203-20131206
  • [Presentation] メチル化DNAを含むヌクレオソームの再構成および生化学的物理学的解析2013

    • Author(s)
      越阪部晃永, 足立風水也, 加藤大貴, 町田晋一, 堀越直樹, 林田亮太, 胡桃坂仁志
    • Organizer
      第36回日本分子生物学会年会
    • Place of Presentation
      神戸
    • Year and Date
      20131203-20131206
  • [Presentation] Biochemical analysis of the ICL repair proteins, FANCI-FANCD2 complex2013

    • Author(s)
      Koichi Sato, Daisuke Takahashi, Mayo Shimomuki, Emiko Hirayama, Masamichi Ishiai, Minoru Takata, Hitoshi Kurumizaka
    • Organizer
      29th RBC-NIRS International Symposium
    • Place of Presentation
      京都
    • Year and Date
      20131128-20131129
  • [Presentation] 新規ヒトヒストンバリアント H3F3AP6 を含むヌクレオソームの機能解析2013

    • Author(s)
      田口 裕之、堀越 直樹、佐藤 浩一、有村 泰宏、越阪部 晃永、前原 一満、木村 宏、大川 恭行、胡桃坂 仁志
    • Organizer
      第31回 染色体ワークショップ・第12回 核ダイナミクス研究会
    • Place of Presentation
      箱根
    • Year and Date
      20131125-20131127
  • [Presentation] ヒトヒストンバリアントH2A.B を含むヌクレオソームの機能解析2013

    • Author(s)
      有村泰宏,木村宏,小田隆,佐藤浩一,佐藤優子,衣笠泰葉,藤田理紗,白山一義,堀越直樹,越阪部晃永,立和名博昭,杉山正明,佐藤衛,胡桃坂仁志
    • Organizer
      第31回 染色体ワークショップ・第12回 核ダイナミクス研究会
    • Place of Presentation
      箱根
    • Year and Date
      20131125-20131127
  • [Presentation] 分裂酵母ヒストンバリアント Pht1 および Cnp1 を含むヌクレオソームの 生化学的解析2013

    • Author(s)
      鈴木佑弥、堀越直樹、鯨井智也、越阪部晃永、近重裕次、平岡泰、 石井浩二郎、胡桃坂仁志
    • Organizer
      第31回染色体ワークショップ・第12回核ダイナミクス研究会
    • Place of Presentation
      箱根
    • Year and Date
      20131125-20131127
  • [Presentation] メチル化DNAを含むヌクレオソームの再構成および生化学的解析2013

    • Author(s)
      越阪部晃永, 足立風水也, 竹田瑶弥, 有村泰宏, 堀越直樹, 胡桃坂仁志
    • Organizer
      第31回染色体ワークショップ・第12回核ダイナミクス研究会
    • Place of Presentation
      箱根
    • Year and Date
      20131125-20131127
  • [Presentation] セントロメアタンパク質CENP-BのCENP-B boxへの結合におけるCENP-Aヌクレオソームの影響2013

    • Author(s)
      藤田理紗, 宮優太, 白山一義, 竹田瑶弥 , 有村泰宏, 越阪部晃永, 立和名博昭, 胡桃坂仁志
    • Organizer
      第31回染色体ワークショップ・第12回核ダイナミクス研究会
    • Place of Presentation
      箱根
    • Year and Date
      20131125-20131127
  • [Presentation] ヒストン修飾特異的scFv の生化学的・構造生物学的解析2013

    • Author(s)
      鯨井智也、堀越直樹、佐藤優子、香川亘、田口裕之、越阪部晃永、立和名博昭、木村宏、胡桃坂仁志
    • Organizer
      第31回染色体ワークショップ・第12回核ダイナミクス研究会
    • Place of Presentation
      箱根
    • Year and Date
      20131125-20131127
  • [Presentation] FAN1 ヌクレアーゼが担うDNA 鎖間架橋除去機構の解明2013

    • Author(s)
      高橋大介, 佐藤浩一, 平山恵美子, 石合正道, 高田穣, 胡桃坂仁志
    • Organizer
      第22回DNA複製・組換え・修復ワークショップ
    • Place of Presentation
      仙台
    • Year and Date
      20131120-20131122
  • [Presentation] 紫外線損傷DNAを含むヌクレオソームの構造生物学・生化学的解析2013

    • Author(s)
      越阪部晃永, 立和名博昭, 堀越直樹, 香川亘, 安田 武嗣, 花岡文雄, 菅澤薫, 岩井成憲, 胡桃坂仁志
    • Organizer
      第22回 DNA複製・組換え・修復ワークショップ
    • Place of Presentation
      仙台
    • Year and Date
      20131120-20131122
  • [Presentation] クロマチン高次構造形成におけるヌクレオソーム構造多様性2013

    • Author(s)
      胡桃坂仁志
    • Organizer
      第51回生物物理学会年会
    • Place of Presentation
      京都
    • Year and Date
      20131028-20131030
    • Invited
  • [Presentation] ヒストンバリアントによるエピジェネティクスの構造基盤2013

    • Author(s)
      胡桃坂仁志
    • Organizer
      第86回生化学会大会
    • Place of Presentation
      横浜
    • Year and Date
      20130911-20130913
    • Invited
  • [Presentation] DNA鎖間架橋の修復に働くFANCI-FANCD2複合体及びFAN1ヌクレアーゼの機能解析2013

    • Author(s)
      佐藤 浩一, 高橋 大介, 石合 正道, 高田 穣, 胡桃坂 仁志
    • Organizer
      第86回日本生化学会大会
    • Place of Presentation
      横浜
    • Year and Date
      20130911-20130913
  • [Presentation] CENP-Aヌクレオソーム特異的なDNA構造の構造生物学的・生化学的解析2013

    • Author(s)
      白山 一義, 有村 泰宏, 宮 優太, 堀越 直樹, 越阪部 晃永, 立和名 博昭, 河野 秀俊, 胡桃坂 仁志
    • Organizer
      第86回日本生化学会大会
    • Place of Presentation
      横浜
    • Year and Date
      20130911-20130913
  • [Presentation] ヒト精巣特異的に高発現するヒストンバリアントH3.5を含むヌクレオソームの構造解析および機能解析2013

    • Author(s)
      浦浜 嵩, 越阪部 晃永, 堀越 直樹, 佐藤 浩一, 立和名 博昭, 香川 亘, 大川 恭行, 木村 宏, 胡桃坂 仁志
    • Organizer
      第86回日本生化学会大会
    • Place of Presentation
      横浜
    • Year and Date
      20130911-20130913
  • [Presentation] Stability of nucleosomes containing histone variants2013

    • Author(s)
      田口 裕之、堀越 直樹、有村 泰宏、越阪部 晃永、胡桃坂 仁志
    • Organizer
      第86回日本生化学会大会
    • Place of Presentation
      横浜
    • Year and Date
      20130911-20130913
  • [Presentation] ヒトヒストンバリアントH2A.Bの機能解析2013

    • Author(s)
      有村泰宏,小田隆,佐藤浩一,藤田理紗,松本亮平,田口裕之,堀越直樹,越阪部晃永,立和名博昭,杉山正明,佐藤衛,木村宏,胡桃坂仁志
    • Organizer
      第86回日本生化学会大会
    • Place of Presentation
      横浜
    • Year and Date
      20130911-20130913
  • [Presentation] リンカーヒストンH1-ヌクレオソーム複合体(クロマトソーム)の生化学および構造生物学的解析2013

    • Author(s)
      加藤 大貴, 越阪部 晃永, 林田 亮太, 町田 晋一, 堀越 直樹, 有村 泰宏, 立和名 博昭, 胡桃坂 仁志
    • Organizer
      第86回日本生化学会大会
    • Place of Presentation
      横浜
    • Year and Date
      20130911-20130913
  • [Presentation] 紫外線損傷DNAを含むヌクレオソームの生化学的解析2013

    • Author(s)
      越阪部晃永, 堀越直樹, 立和名博昭, 香川亘, 安田 武嗣, 花岡文雄, 菅澤薫, 岩井成憲, 胡桃坂仁志
    • Organizer
      第86回日本生化学会大会
    • Place of Presentation
      横浜
    • Year and Date
      20130911-20130913
  • [Presentation] リンカーヒストンH1バリアントの生化学的解析2013

    • Author(s)
      林田 亮太, 加藤 大貴, 高久 誉大, 越阪部 晃永, 町田 晋一, 胡桃坂 仁志
    • Organizer
      第86回日本生化学会大会
    • Place of Presentation
      横浜
    • Year and Date
      20130911-20130913
  • [Presentation] ヒトH2A/H2A.Z.1を含むハイブリッドヌクレオソームの機能解析2013

    • Author(s)
      堀越直樹、佐藤浩一、立和名博昭、香川亘、有村泰宏、越阪部晃永、鯨井智也、田口裕之、島田桂丞、木村宏、胡桃坂仁志
    • Organizer
      第86回日本生化学会大会
    • Place of Presentation
      横浜
    • Year and Date
      20130911-20130913
  • [Presentation] ヒストン修飾特異的scFv抗体の機能解析2013

    • Author(s)
      鯨井 智也, 堀越 直樹, 立和名 博昭, 越阪部 晃永, 佐藤 優子, 木村 宏, 胡桃坂 仁志
    • Organizer
      第86回日本生化学会大会
    • Place of Presentation
      横浜
    • Year and Date
      20130911-20130913
  • [Presentation] ICL修復に重要なFAN1ヌクレアーゼの生化学的機能解析

    • Author(s)
      佐藤 浩一, 石合 正道, 戸田 和江, 古越 聡, 越阪部 晃永, 立和名 博昭, 香川 亘, 堂前 直, 小布施 力史, 木村 宏, 高田 穣, 胡桃坂 仁志
    • Organizer
      新学術領域「クロマチン動構造」若手の会 第1回 シンポジウム
    • Place of Presentation
      東京
  • [Presentation] エピジェネティクス機構の理解を目指したクロマチン構造生物学

    • Author(s)
      胡桃坂仁志
    • Organizer
      平成25年度遺伝研研究会 「クロマチンによる遺伝情報のエピジェネティック制御機構」
    • Place of Presentation
      静岡
    • Invited
  • [Presentation] 再構成ヌクレオソームを用いた動的クロマチン構造の解明

    • Author(s)
      胡桃坂仁志
    • Organizer
      「動的クロマチン構造と機能」第1回班会議
    • Place of Presentation
      大阪
  • [Presentation] ヒト精巣特異的クロマチンの構造と性質の解析

    • Author(s)
      胡桃坂仁志
    • Organizer
      エピジェネティクスの深淵
    • Place of Presentation
      金沢
    • Invited
  • [Book] 染色体と細胞核のダイナミクス(担当:ヌクレオソーム)2013

    • Author(s)
      胡桃坂仁志, 木村宏
    • Total Pages
      30
    • Publisher
      化学同人
  • [Book] エピジェネティクスキーワード事典(担当:ヌクレオソーム)2013

    • Author(s)
      胡桃坂仁志,越阪部晃永,有村泰宏
    • Total Pages
      4
    • Publisher
      羊土社
  • [Book] 基礎コース 細胞生物学(担当:情報記憶媒体としてのDNA)2013

    • Author(s)
      胡桃坂仁志,市川雄一
    • Total Pages
      11
    • Publisher
      東京化学同人
  • [Remarks] 新学術領域研究(研究領域提案型)「動的クロマチン構造と機能」ホームページ

    • URL

      http://nucleosome.kyushu-u.ac.jp

  • [Remarks] 胡桃坂研究室ホームページ

    • URL

      http://www.eb.waseda.ac.jp/kurumizaka/

URL: 

Published: 2015-05-28  

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