Regulation of biochemical reactions on DNA through structural control of chromatin by DNA formylation

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K22519
• Research Category: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: 0501:Physical chemistry, functional solid state chemistry, organic chemistry, polymers, organic materials, biomolecular chemistry, and related fields
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Furuhata Takafumi 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 / ホルミル化 / ヌクレオソーム / ポジショニング / スライディング / クロマチン

Outline of Final Research Achievements

In this study, I investigated the effects of DNA formyl modifications on the chemical properties of the nucleosome in terms of its positioning and thermal sliding towards deeper understanding of the mechanism in which formyl modification regulates the chromatin structure and accessibility. To this aim, I reconstituted a group of nucleosomes modified with 5-formyl-2′-deoxycytidine on the nucleosome core particle or on the linker DNA to evaluate the effect of formyl modification of nucleosomal positioning and sliding. The results indicate that the positioning of nucleosomes stabilized after thermal sliding is dependent on the site of the formyl modification on DNA. This observation suggests that the DNA formylation functions as a regulator that specifies nucleosome positioning on chromatin.

Free Research Field

生体機能関連化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

DNAのホルミル化は、幹細胞で存在量が増加する、活性な遺伝子領域に多いなどの生理学的観察から、細胞の分化や異常化に関わる化学マーカーとして注目が集まっている。一方、ホルミル修飾が遺伝子発現を制御する化学的なメカニズムは未だ明らかではない。本研究課題では、位置特異的にDNAホルミル化を導入したヌクレオソームを化学的に構築することで、修飾の有無だけでなく、DNA上における修飾の位置とヌクレオソームの構造特性の関係性を系統的に検証することを可能とした。これは、ヌクレオソームとその集合体であるクロマチンの観点から、ホルミル修飾による遺伝子発現制御機構の理解に向けた足掛かりとなることが期待される。