ヒストン・p53脱メチル化酵素複合体による転写制御機構解析

2011 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 22790101
• Research Institution: The Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: 梅原 崇史 独立行政法人理化学研究所, システム研究チーム, 上級研究員 (20415095)
• Keywords: 遺伝子発現 / エピジェネティクス / エピゲノム / クロマチン / 染色体 / ヒストン / ヌクレオソーム / 結晶構造解析

Research Abstract

本研究では、ヒトの染色体・クロマチン高次構造の制御に関わるエピジェネティクス関連因子群の機能・構造解析を通して、真核生物のクロマチン転写制御機構の分子機構解明とその制御研究を目的とした。第一に、ヒトのコアヒストンH3やがん抑制因子p53を始めとする様々な核内基質を脱メチル化するLSD1について、その酵素活性中心に結合する低分子阻害剤とLSD1との複合体結晶構造解析を行った。その結果、新規阻害化合物とLSD1との複合体共結晶構造の解明に成功し、この阻害剤による脱メチル化阻害反応機構モデルを構造的に明らかにした。また、LSD1による脱メチル化の反応基質となるヒストンH3とp53については、長鎖テイル・ドメインとの複合体化と共結晶構造解析により、LSD1とそれぞれの基質との複合体共結晶構造を明らかにした。この複合体構造解析の結果に基づいて、酵素側および基質のヌクレオソーム側のそれぞれについて相互作用変異体を作製し、生化学的な機能検証を行った。この構造解析と機能検証から、脱メチル化される標的リジン残基を含むヌクレオソームコア粒子をLSD1が認識して脱メチル化するヌクレオソーム複合体モデルを見出した。上記に加え、本年度は研究代表者らがLSD1の構造情報に基づいて取得した阻害剤を細胞解析に用いることにより、LSD1による細胞内転写制御経路を共同解析した。その結果、LSD1の特異的阻害剤が難治性がん細胞の増殖抑制だけでなく、これまで知られていなかった脂肪代謝経路の制御に関わることを見出した。本年度はさらに、クロマチンレベルでのヒストン脱メチル化反応解析に必要な高純度のヌクレオソームコア粒子を簡便かう大量調製するための新規技術を開発した。

Research Products

• [Journal Article] A tandem insertion vector for large-scale preparation of nucleosomal DNA (2012)
  • Author(s): Wakamori, M., Umehara, T., Yokoyama, S.
  • Journal Title: Anal.Biochem. Volume: (印刷中)
  • DOI: 10.1016/j.ab.2012.01.010
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] FAD-dependent lysine demethylase LSD1 regulates cellular energy expenditure (2012)
  • Author(s): Hino, S., Sakamoto, A., Nagaoka, K., Wang, Y., Mimasu, S., Umehara, T., Yokoyama, S., Kosai, K.I., Nakao, M.
  • Journal Title: Nature Communications Volume: (印刷中)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Real-time imaging of histone H4K12-specific acetylation determines the modes of action of histone deacetylase and bromodomain inhibitors (2011)
  • Author(s): Ito, T., Umehara, I., Sasaki, K., Nakamura, Y., Nishino, N., Terada, T., Shirouzu, M., Padmanabhan, B., Yokoyama, S., Ito, A., Yoshida, M.
  • Journal Title: Chemistry & Biology Volume: 18 Pages: 495-507
  • DOI: 10.1016/j.chembiol.2011.02.009
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Genetic-code evolution for protein synthesis with non-natural amino acids (2011)
  • Author(s): Mukai, T., Yanagisawa, T., Ohtake, K., Wakamori, M., Adachi, J., Hino, N., Sato, A., Kobayashi, T., Hayashi, A., Shirouzu, M., Umehara, T., Yokoyama, S., Sakamoto, K.
  • Journal Title: Biochem.Biophys.Res.Commun. Volume: 411 Pages: 757-761
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2011.07.020
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 部位特異的なアセチル化を含む『エピヌクレオソーム』の試験管内再構成 (2011)
  • Author(s): 梅原崇史, 若森昌聡, 須賀則之, 安達仁朗, 向井崇人, 寺田貴帆, 白水美香子, 坂本健作, 横山茂之
  • Organizer: 第34回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 神奈川県横浜市
  • Year and Date: 2011-12-15
• [Presentation] KLFとエピゲノムを中心としたがん・心臓病関連因子複合体の構造・機能解析 (2011)
  • Author(s): 梅原崇史
  • Organizer: 最先端研究開発支援プログラム「未解決のがんと心臓病を撲滅する最適医療開発」第1回公開シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京都文京区
  • Year and Date: 2011-09-28
• [Presentation] In vitro reconstitution of 'epi-nucleosome' core particles for broad epigenetic analyses (2011)
  • Author(s): Umehara, T., Wakamori, M., Sato, S., Terada, T., Shirouzu, M., Sakamoto, K., Yokoyama, S.
  • Organizer: KEY Forum in Developmental Biology and Regenerative Medicine
  • Place of Presentation: 熊本県熊本市
  • Year and Date: 2011-09-08
• [Presentation] In vitro reconstitution of 'epi-nucleosome' core particles (2011)
  • Author(s): Umehara, T., Wakamori, M., Sato, S., Terada, T., Shirouzu, M., Sakamoto, K., Yokoyama, S.
  • Organizer: FASEB Summer Research Conference on Epigenetics, Chromatin & Transcription
  • Place of Presentation: 米国・コロラド州Snowmass Village
  • Year and Date: 2011-08-04
• [Presentation] エピジェネティック情報を持つヌクレオソームコア粒子の試験管内再構成 (2011)
  • Author(s): 梅原崇史, 若森昌聡, 佐藤心, 寺田貴帆, 白水美香子, 坂本健作, 横山茂之
  • Organizer: 第5回日本エピジェネティクス研究会年会
  • Place of Presentation: 熊本県熊本市
  • Year and Date: 2011-05-20