2019 Fiscal Year Research-status Report
ヒストンメチル基転移酵素SUV39H1を含むヘテロクロマチン様複合体の構造解析
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19K06609
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
佐藤 祥子 東京大学, 定量生命科学研究所, 特任助教 (90624966)
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2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | ヘテロクロマチン / エピジェネティクス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
真核生物の細胞核内において、クロマチンは高次に折りたたまれ、構造的・機能的に異なる区画を形成して遺伝子発現制御やゲノムの安定化に寄与している。構成的ヘテロクロマチンは、ヒストンH3の9番目のリシン残基のトリメチル化修飾（H3K9me3）により規定され、この翻訳後修飾は主にヒストンメチル基転移酵素であるSUV39H1により導入される。SUV39H1自身もH3K9me3に結合するクロモドメインを有しており、このことが、ヘテロクロマチンがゲノム上の隣接する領域に拡大する現象に寄与していると考えられている。本研究では、ヘテロクロマチンの形成と維持の機構を明らかにするため、SUV39H1を含むヘテロクロマチン様複合体の構造を明らかにする。
HP1タンパク質は、H3K9me3に結合しヘテロクロマチンの基盤構造を形成する。また、SUV39H1の活性に影響を与えることが報告されている。そこで2019年度は、HP1を含むクロマチンの精製法を確立し、構造解析を行なった。H3K9me3を模したヒストンH3の変異体を含むトリヌクレオソームを再構成し、HP1-トリヌクレオソーム複合体を形成・精製する条件を検討した。また、複合体のクライオ電子顕微鏡観察に適した凍結試料の作製条件を検討し、データ収集を行なった。その結果、HP1-トリヌクレオソーム複合体と考えられる粒子のクライオ電子顕微鏡像を大量に取得することに成功した。立体構造の解明を目指して単粒子解析を行なったところ、HP1-トリヌクレオソーム複合体は均一性が低く、立体構造を得るには至らなかった。現在、トモグラフィを用いてHP1-トリヌクレオソーム複合体の立体構造を明らかにするため、試料作製の条件を検討している。ここで得られる立体構造をもとに単粒子解析を行ない、HP1が結合したクロマチンの構造について、より精度の高い情報が得られることが期待される。
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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年度は、ヘテロクロマチンの基盤構造を構成する因子であるHP1とクロマチンの複合体の構造解析を推進した。まず、翻訳後修飾を受けたクロマチンを模したポリヌクレオソームを再構成し精製した。また、HP1を結合したクロマチンの再構成と精製に適した条件を決定するため、試料濃度、二価金属イオンの影響、架橋条件などを検討し、複合体の精製系を確立した。また、クライオ電子顕微鏡を用いた観察を行なうため、複合体の凍結試料の作製条件を検討した。これらの検討を経て蓄積した基盤情報は、ヘテロクロマチン様複合体の構造解析を推進するために重要な知見である。また、良質な凍結試料を得ることができたため、クライオ電子顕微鏡により複合体の画像を大量に取得することに成功した。また、これらの画像を解析することにより、構造解析に用いるポリヌクレオソームが長い場合には構造の均一性が低下するため、単粒子解析のみでは立体構造の取得が難しいことが分かった。今後はトモグラフィによる解析を同時に行なうことにより、この問題を解決する。
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| Strategy for Future Research Activity |
SUV39H1は、クロマチン上でH3K9me3を導入する主要な酵素である。2020年度は、SUV39H1を結合したクロマチンの立体構造解析を行なう。これまでの研究により、SUV39H1タンパク質の粗精製に成功しているため、これを改良し、SUV39H1タンパク質の均一性を高める。また、SUV39H1を結合するクロマチン試料を精製する。SUV39H1とクロマチンとの複合体を得るため、試料濃度、架橋条件などを検討し、複合体の精製系を確立する。構造解析には、クライオ電子顕微鏡による単粒子解析およびトモグラフィを併用する。また、質量分析を用いた相互作用解析を合わせて行なう。
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