DNAホルミル修飾によるクロマチンの化学的構造制御を通じた生体反応制御機構の解明

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20K22519
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 古畑 隆史 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (50882635)
• Project Period (FY): 2020-09-11 – 2022-03-31
• Keywords: DNA修飾 / ヌクレオソーム / ホルミル化 / ポジショニング / スライディング

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、DNAホルミル修飾に着目し、DNA修飾によるクロマチン構造の制御機構を物理化学的な観点から明らかにすることを目指すものである。そのために、クロマチンの構造単位であるヌクレオソームについて、その構造特性を評価することが有効である。前年度までに、位置選択的にホルミル修飾を導入したDNAの構築手法の確立とヌクレオソームの再構成を行なった。本年度は、ポジショニング (DNA配列に対するヒストンの位置)、加熱により誘起されるスライディング (ポジショニングの変位)、酵素アクセシビリティの観点からホルミル修飾を有するヌクレオソームの特性評価を試みた。
上記評価のためにまず、ヌクレオソームコアパーティクル (NCP) 上、もしくはリンカーDNA上の異なる位置にホルミル修飾を有する一連のヌクレオソームを塩勾配透析法を用いて低温下で再構成した。Exonuclease IIIを用いたポジショニングアッセイを行ったところ、ホルミル修飾の有無に関わらずポジショニングは変わらなかった。しかし、加熱によりスライディングを誘起したところ、いずれの場合も新たに異なるポジショニングを有するヌクレオソームが観察された。特に、NCP上にホルミル修飾を持つ場合においては、ヌクレオソームの変異が促進されることが示唆された。さらに、リンカー上に修飾を有する場合には、スライディング効率の変化は見られなかった一方、スライディング後のヌクレオソームのポジショニングが未修飾やNCP上に修飾がある場合とは異なっていた。このことは、DNA上のホルミル修飾位置が、ヌクレオソームのポジショニングを決める制御子として機能しうることを示唆している。DNAホルミル修飾が遺伝子の発現制御に置いて、ヌクレオソームの特定のポジショニングを安定化することで、クロマチンの局所構造や酵素アクセシビリティをコントロールしている可能性が示された。