2021 Fiscal Year Annual Research Report
Structural basis of higher-order complexes connecting transcription and its related functions
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20H05690
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
関根 俊一 国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, チームリーダー (50321774)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
鯨井 智也 東京大学, 定量生命科学研究所, 助教 (70823566)
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| Project Period (FY) |
2020-08-31 – 2025-03-31
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| Keywords | RNAポリメラーゼ / ヌクレオソーム / 転写伸長因子 / ヒストンシャペロン / 転写終結因子 / クライオ電子顕微鏡 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
DNAの遺伝情報をRNAに転写する巨大なタンパク質複合体であるRNAポリメラーゼは、細胞内の多数の分子と相互作用し、様々な生命機能を支えるハブとして機能している。しかしながら、転写と様々な機能との接点で形成される分子の実体やその構造、機能や制御のメカニズムはほとんど分かっていない。これらの高次複合体の構造解析を行い、重要な生命機能の分子メカニズムを解明するために、本年度は以下のように研究を進めた。
真核生物の核内では、DNAはヌクレオソームを基本単位とするクロマチン構造を形成している。我々はこれまでに、RNAポリメラーゼII (RNAP II)がヌクレオソームを転写する際に形成される複合体の構造をクライオ電子顕微鏡を用いて解析する手法を確立してきた。今年度は、RNAP IIがヌクレオソームを通過するのを助け、通過後にヌクレオソームを再生させるタンパク質因子を含む複合体の解析を進めた。また、リンカーヒストンが結合したヌクレオソームを用いた解析を行い、リンカーヒストンが転写に阻害的に働くメカニズムの一端を明らかにした。乳がん細胞で局所的に発現し、転写領域からヌクレオソームを除去する効果を持った非コードRNAについての解析から、そのメカニズムを示唆する結果を得た。
細菌では、RNAポリメラーゼ (RNAP)によって転写されつつあるmRNAにリボソームが結合し、転写と翻訳は同調して行われる。また、リボソームによるmRNAの翻訳が完了すると、リボソームと入れ替わりに転写終結因子RhoがRNAPに結合して転写を終結させる。昨年度に引き続き、転写中のRNAPにリボソーム小サブユニットが結合して翻訳を開始する複合体の構造解析を進めた。また、RNAPから伸びる新生RNAにRhoが結合した複合体の構造解析を進めた。
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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
RNAP II-ヌクレオソームの転写系に転写伸長因子やヒストンシャペロン、非コードRNAを加え、形成される複合体の構造解析が順調に進んでいる。また、細菌に特有のRNAP-リボソーム複合体やRNAP-Rho複合体の構造解析も順調に進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
引き続き、RNAポリメラーゼを中心に形成される種々の巨大複合体の調製・再構成を行い、クライオ電子顕微鏡解析を主体とした構造解析を行う。真核生物のRNAP II-ヌクレオソームの転写系や細菌の巨大複合体について、構造解析を進めていく。必要に応じてタンパク質因子やRNA因子を変更したり、核酸のデ ザインの変更等の工夫を凝らして進め、真核生物および原核生物の細胞内における転写制御や転写と他の機能との接点の実体の解明に取り組む。
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