2014 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 |
Project/Area Number |
25116002
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Research Institution | Waseda University |
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 | ゲノム多様性 / ゲノム進化・再編 / 遺伝情報複製・再編 / ゲノム機能 / 活性発現の分子機構 / 染色体構築・機能・分配 / 生体高分子構造・機能 / 構造活性相関 |
Outline of Annual Research Achievements |
動的クロマチン構造の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た。本年度は、クロマチンの基本構成ユニットであるヌクレオソームを試験管内で再構成し、その構造および動的性質を、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、ある種のがん細胞において形成されるCENP-AとH3.3を1分子ずつヘテロに含むヌクレオソーム(CENP-A/H3.3ヌクレオソーム)の構造と形成メカニズムを明らかにするため、X線結晶構造解析などの構造生物学的解析、および生化学的解析を行った。まず、精製タンパク質を用いて、CENP-A/H3.3ヌクレオソームを高純度で調製することに成功した。そして、CENP-A/H3.3ヌクレオソームは、CENP-Aホモヌクレオソームよりも著しく安定であることを見いだした。また、X線結晶構造解析によって、CENP-A/H3.3ヌクレオソームの詳細な立体構造を解明した。これらのことから、がんの悪性化に寄与するヌクレオソームの構造生物学的および生化学的特徴についての詳細が明らかになった。さらにH2A.Bバリアントを含むヌクレオソームの構造と機能の解析を行うために、コントラスト変調中性子小角散乱法によりヌクレオソーム中のヒストン(またはDNA)のみの構造を観察し、ヒストンH2A.Bを含むヌクレオソームが通常型のヌクレオソームと比較して、ヒストンテールの配置が異なることを見出した。 また分担者堀は、CENP-Aを基点としたセントロメア形成のメカニズムを明らかにするため、染色体工学技術を用いた細胞生物学的な解析を行った。その結果、CENP-Aヌクレオソーム中のH4K20はモノメチル化されており、そのメチル化がCENP-Aを中心としたセントロメアクロマチン構造の形成に必須であることを解明した。
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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
ヌクレオソームレベルでのクロマチンの動的な構造変化を解析するために、CENP-A/H3.3ヌクレオソームおよびH2A.Bヌクレオソームの再構成を行い、それらの構造解析および生化学的解析を行うことに成功した。特に、本研究で開発したコントラスト変調中性子小角散乱法によるヌクレオソーム中のヒストン(またはDNA)のみの構造を溶液中で測定する方法は、今後のクロマチン動的構造研究に利用出来る重要な手法となる。さらに、生化学的および細胞生物学的な解析から、CENP-Aを基点としたセントロメア特異的クロマチン構造形成のメカニズムの解明に重要な知見を得ることもできた。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、今後のクロマチン動構造研究を遂行する上で重要な技術を確立することに成功した。特に、ヒストンH3バリアントを1分子ずつヘテロに含むヌクレオソームの再構成する技術は、ヒストンH2Aバリアントを1分子ずつヘテロに含むヌクレオソームの解析に直接応用出来る。さらに、コントラスト変調中性子小角散乱法は、X線結晶構造解析では不可能であったフレキシブルなヒストンテール領域の解析を可能とし、多様なヒストンバリアントを含むヌクレオソームの動的性質の解析に応用することができる。今後は、これらの技術を用いて、多様なヒストン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。
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Research Products
(66 results)
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[Journal Article] Charge-neutralization effect of the tail regions on the histone H2A/H2B dimer structure.2015
Author(s)
Saikusa, K., Shimoyama, S., Asano, Y., Nagadoi, A., Sato, M., Kurumizaka, H., Nishimura, Y., and Akashi, S.
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Journal Title
Protein Science
Volume: -
Pages: -
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Mass spectrometric approach for characterizing the disordered tail regions of the histone H2A/H2B dimer.2015
Author(s)
Saikusa, K., Nagadoi, A., Hara, K., Fuchigami, S., Kurumizaka, H., Nishimura, Y., and Akashi, S.
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Journal Title
Anal. Chem.
Volume: 87
Pages: 2220-2227
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Crystal structure and stable property of the cancer-associated heterotypic nucleosome containing CENP-A and H3.3.2014
Author(s)
Arimura, Y., Shirayama, K., Horikoshi, N., Fujita, R., Taguchi, H., Kagawa, W., Fukagawa, T., Almouzni, G., and Kurumizaka, H.
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Journal Title
Scientific Rep.
Volume: 4
Pages: 7115
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] N-terminal phosphorylation of HP1α increases its nucleosome-binding specificity.2014
Author(s)
Nishibuchi, G., Machida, S., Osakabe, A., Murakoshi, H., Hiragami-Hamada, K., Nakagawa, R., Fischle, W., Nishimura, Y., Kurumizaka, H., Tagami, H., and Nakayama, J.
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Journal Title
Nucleic Acids Res.
Volume: 42
Pages: 12498-12511
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] DNA binding properties of the actin-related protein Arp8 and its role in DNA repair.2014
Author(s)
Osakabe, A., Takahashi, Y., Murakami, H., Otawa, K., Tachiwana, H., Oma, Y., Nishijima, H., Shibahara, KI., Kurumizaka, H., and Harata, M.
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Journal Title
PLoS ONE
Volume: 9
Pages: e108354
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Nap1 stimulates homologous recombination by RAD51 and RAD54 in higher-ordered chromatin containing histone H1.2014
Author(s)
Machida, S., Takaku, M., Ikura, M., Sun, J., Suzuki, H., Kobayashi, W., Kinomura, A., Osakabe, A., Tachiwana, H., Horikoshi, Y., Fukuto, A., Matsuda, R., Ura, K., Tashiro, S., Ikura, T., and Kurumizaka, H.
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Journal Title
Scientific Rep.
Volume: 4
Pages: 4863
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Distinct features of the histone core structure in nucleosomes containing the histone H2A.B variant.2014
Author(s)
Sugiyama, M. Arimura, Y., Shirayama, K., Fujita, R., Oba, Y., Sato, N., Inoue, R., Oda, T., Sato, M., Heenan, R.K., and Kurumizaka, H.
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Journal Title
Biophys. J.
Volume: 106
Pages: 2206–2213
DOI
Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] FANCD2 associated with chromatin anchors CtIP and regulates DNA end resection during DNA interstrand crosslink repair.2014
Author(s)
Unno, J., Itaya, A., Taoka, M., Sato, K., Tomida, J., Sakai, W., Sugasawa, K., Ishiai, M., Ikura, T., Isobe, T., Kurumizaka, H., and Takata, M.
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Journal Title
Cell Rep.
Volume: 7
Pages: 1039-1047
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Histone H4 Lys 20 monomethylation of the CENP-A nucleosome is essential for kinetochore assembly.2014
Author(s)
Hori, T., Shang, W.H., Toyoda, A., Misu, S., Monma, N., Ikeo, K., Molina, O., Vargiu, G., Fujiyama, A., Kimura, H., Earnshaw, W.C., Fukagawa, T.
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Journal Title
Dev Cell
Volume: 29
Pages: 740-749
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] The CENP-O complex requirement varies among different cell types.2014
Author(s)
Kagawa, N., Hori, T., Hoki, Y., Hosoya, O., Tsutsui, K., Saga, Y., Sado, T., Fukagawa, T.
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Journal Title
Chromosome Res.
Volume: 22
Pages: 293-303
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Presentation] CENP-A ヌクレオソームのフレキシブルな DNA 末端はセントロメアタンパク質 CENP-B の結合を安定化する2014
Author(s)
藤田 理紗, 大竹 興一郎, 有村 泰宏, 堀越 直樹, 宮 優太, 志賀 達哉, 越阪部 晃永, 立和名 博昭, 大関 淳一郎, 舛本 寛, 胡桃坂 仁志
Organizer
第32回染色体ワークショップ
Place of Presentation
広島県廿日市市
Year and Date
2014-12-15 – 2014-12-17
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[Presentation] Structural diversity of H2A.Z nucleosomes at the transcription start site2014
Author(s)
堀越 直樹, 佐藤 浩一, 島田 桂丞, 有村 泰宏, 越阪部 晃永, 田口 裕之, 立和名 博昭, 林-高中 陽子, 岩崎 わかな, 香川 亘, 原田 昌彦, 木村 宏, 胡桃坂 仁志
Organizer
第87回日本生化学会大会
Place of Presentation
京都
Year and Date
2014-10-15 – 2014-10-18
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[Presentation] Structural basis and biological significance of nucleosomes containing human H2A.Z2014
Author(s)
Naoki Horikoshi, Koichi Sato, Yasuhiro Arimura, Akihisa Osakabe, Hiroaki Tachiwana, Yoko Hayashi-Takanaka, Wakana Iwasaki, Masahiko Harata, Hiroshi Kimura, Hitoshi Kurumizaka
Organizer
EMBO Workshop Histone variants
Place of Presentation
Strasbourg, France
Year and Date
2014-06-02 – 2014-06-04
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[Presentation] Structural and functional analysese of nucleosomes containing human H2A.Z2014
Author(s)
Naoki Horikoshi, Koichi Sato, Keisuke Shimada, Yasuhiro Arimura, Akihisa Osakabe, Hiroyuki Taguchi, Hiroaki Tachiwana, Yoko Hayashi-Takanaka, Wakana Iwasaki, Wataru Kagawa, Masahiko Harata, Hiroshi Kimura, Hitoshi Kurumizaka
Organizer
IIAS Research Conference 2014 Chromatin Decoding
Place of Presentation
京都
Year and Date
2014-05-12 – 2014-05-17
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