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
| Project Area | Dynamic chromatin structure and function |
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| Project/Area Number |
25116002
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
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| Research Institution | Waseda University |
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Principal Investigator |
胡桃坂 仁志 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (80300870)
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| 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)
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| Project Period (FY) |
2013-06-28 – 2018-03-31
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| 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 |
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| 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。
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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
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。
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| 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。
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Research Products
(45 results)
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[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.
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Journal Title
Molecular Cell
Volume: 53
Pages: 631-644
DOI
Peer Reviewed
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[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.
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Journal Title
Nucleic Acids Res.
Volume: 42
Pages: 1644-1655
DOI
Peer Reviewed
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[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.
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Journal Title
Scientific Rep.
Volume: 3
Pages: 3510
DOI
Peer Reviewed
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[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.
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Journal Title
Acta Cryst., D
Volume: 69
Pages: 2431-2439
DOI
Peer Reviewed
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[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.
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Journal Title
Biochemistry
Volume: 52
Pages: 5155-5157
DOI
Peer Reviewed
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[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.
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Journal Title
FEBS Open Bio
Volume: 3
Pages: 363-369
DOI
Peer Reviewed
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[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.
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Journal Title
Scientific Rep.
Volume: 3
Pages: 2436
DOI
Peer Reviewed
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[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
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[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
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[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
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