2019 Fiscal Year Annual Research Report
DNAメチル化を介したゲノム安定性制御の分子メカニズム
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19H03153
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
西山 敦哉 東京大学, 医科学研究所, 准教授 (50378840)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
有田 恭平 横浜市立大学, 生命医科学研究科, 准教授 (40549648)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | DNAメチル化 / DNA複製 / ラギング鎖 / 岡崎フラグメント / LIG1 / LIG3 / UHRF1 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ゲノムDNA上に確立されたDNAメチル化パターンはDNAメチル化酵素1 (DNMT1)によって、正確に娘DNAに継承され (維持DNAメチル化)、この機構 の破綻は細胞の形質変化によるがん化など様々な疾病を引きおこす要因となる。近年、DNAのメチル化はゲノム安定性にも不可欠な役割を果た すことが明らかとなりつつあるが、その具体的な分子機構は明らかでない。本研究では、DNAメチル化がどのようにゲノム安定性を制御してい るのかを生化学的手法により解明する。申請者はこれまでに、維持DNAメチル化の主要制御因子であるユビキチンリガーゼUHRF1が岡崎フラグメ ントの連結を担うDNAリガーゼ1 (LIG1)のクロマチン局在に重要であることを見出している。本研究はUHRF1がLIG1のリクルートを制御する分子機構と、そのゲノム安定性に対する意義を明らかにすることを目的として行う。
2019年度は、予備的な結果からその存在が示唆されたLIG１非依存的な岡崎フラグメント連結の分子機構について解析を行った。その結果、機能的なLIG1が存在しない場合、ゲノムDNA上にニック/ギャップが蓄積するが、その後LIG3によって最終的には岡崎フラグメント連結が行われることが明らかになった。興味深いことに、LIG1除去抽出液では、PARP1活性依存的にヒストンH3を含むクロマチンタンパク質がADPリボシル化を受けており、PARP1活性は、LIG1非存在下における岡崎フラグメント連結に必須であることが分かった。以上の結果は、未連結の岡崎フラグメントがPARP1シグナルを活性化することで、バックアップ機構であるLIG3経路を活性化することを強く示唆している。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
2019年度の目的としていたLIG1非依存的な岡崎フラグメント連結の分子機構として、PARP1依存的なADPリボシル化を介したLIG3制御機構を見出し、その詳細を明らかにすることができた。これまで、LIG1は岡崎フラグメント連結を担う主要なDNAリガーゼであるにもかかわらず、そのノックアウト細胞がほぼ正常に増殖可能であることから、バックアップ経路の存在が示唆されていたが、本研究成果はその一端を示したことになる。また、これらの知見は、今後UHRF1依存的なLIG1制御について解析する上でも極めて重要であると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまで、UHRF1非存在下ではLIG1のクロマチンリクルートが大きく損なわれるにもかかわらず、岡崎フラグメント連結はほぼ正常に起こることが分かっていた。そこで、UHRF1除去により、PARP1シグナルに依存したバックアップ機構が活性化されているかどうかを検討する。また、UHRF1除去抽出液からPARP1やLIG3をさらに阻害した場合の岡崎フラグメント連結やゲノムDNA上へのギャップ・ニックの蓄積についても検討する。一方、未連結の岡崎フラグメントがどのようにPARP1を活性化するかも重要な疑問となる。PARP1のドメイン機能解析や、その活性制御因子であるHPF1の解析を行うことで、その分子機構を明らかにしていく。
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[Journal Article] Two distinct modes of DNMT1 recruitment ensure stable maintenance DNA methylation.2020
Author(s)
Nishiyama A, Mulholland C. B., Bultmann S, Kori S, Endo S, Saeki Y, Qin W, Trummer C, Chiba Y, Yokoyama H, Kumamoto S, Kawakami T, Hojo H, Nagae G, Aburatani H, Tanaka K, Arita K, Leonhardt H, Nakanishi M.
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Journal Title
Nature communications
Volume: 11(1)
Pages: -
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Presentation] DNMT1のメチル化部位への局在を保証する２つの異なる分子機構2019
Author(s)
西山 敦哉, Christopher B. Mulholland, Sebastian Bultmann, 郡 聡実, 遠藤 彬則, 千葉 祥恵, 隈本 宗一郎, 佐伯 泰, 有田 恭平, Heinrich Leonhardt, 中西 真
Organizer
42nd MBSJ, Symposium ” Crosstalk between epigenome replication, genome stability, and chromatin organization ”
Int'l Joint Research / Invited
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