液液相分離したリン酸化HP1αのヌクレオソーム結合への機能解明

2023 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21K06100
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 古川 亜矢子 京都大学, 農学研究科, 准教授 (90453050)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: HP1α / 溶液NMR / 液液相分離

Outline of Annual Research Achievements

ヘテロクロマチン関連タンパク質HP1αは、N末テイル(NT)に存在する4個のセリン残基が、CK2によりリン酸化されるという特徴がある。 このリン酸化によって、ヒストンH3への結合が強くなることや、液-液相分離が起こることが報告されている。NTがリン酸化されない変異体は染色体不安定性を 引き起こすため、NTのリン酸化は必要不可欠な機能である。しかしながら、HP1αやHP1αが結合するヒストンH3のN末テイルやリンカーDNAは、天然変性領域で非常に動的に機能しているため、リン酸化HP1α全長の構造やヌクレオソーム上での結合様式、HP1αリン酸化にともなう液-液相分離の役割については不明な点が多い。
本研究では、液-液相分離に関与するリン酸化HP1αの分子内及び分子間相互作用部位の同定を行った。非リン酸化体とリン酸化体で、分子内相互作用が異なる結果に基づいて作製したHP1αのChoromoShadowDomainを欠失した変異体でも、NTのリン酸化によって液-液相分離を起こすことを明らかにした。さらに、濃度を液-液相分離 の起こらない薄い状態か ら濃い状態まで振ってNMRの測定を行なった。その結果、分子内相互作用から分子間相互作用へ変わる濃度域とを明らかにし分子内と分子間の相互作用の違いを残基レベルで明らかにした。NMRの結果とMDや SAXSによる解析結果と合わせて、リン酸化体が液-液相分離を起こす分子機構を明らかにし、論文に投稿中である。続いて、リン酸化体HP1αとヌクレオソーム中のヒストンH3のN末テイルを模したK9me3修飾ヒストンH3ペプチドとの相互作用解析を行い、同定した液-液相分離に関与するアミノ酸に変異を導入したHP1αとヒストンH3ペプチドとの結合能は野生型と比較して変化がないことから、液-液相分離はHP1αのH3への結合能には影響しないことが示唆された。