2012 Fiscal Year Annual Research Report
ヒストンの化学修飾を介したヌクレオソーム構造変換反応の解明
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24370052
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Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
堀越 正美 東京大学, 分子細胞生物学研究所, 准教授 (70242089)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | ヒストンシャペロン / ヌクレオソーム / 化学修飾 / 構造変換 / ヌクレオソームアセンブリー / ヌクレオソームディスアセンブリー / ヒストン / ヒストンバリアント |
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| Research Abstract |
ヌクレオソーム構造変換反応機構の解析では、構造解析、生化学的解析、及び遺伝学的解析を通して、ヒストン(H3-H4)2四量体から2個のH3-H4二量体への変換（Nature, 446, 338-341, 2007）、及びヒストン修飾からヌクレオソーム構造変換への反応機構（Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A., 107, 8153-8158, 2010）に関する知見を世界に先駆けて得ることになった。その結果を踏まえ、個々の反応素過程における特異性がどのように生まれるかについての解析を進め、様々な素反応が多様な外部情報の縮小化の解明に努めている。一方で、ヌクレオソーム表面の機能ドメインを明らかにする解析を発展させ（Genes Cells, 17, 65-81, 2012）、またヒストンH2A型、及びヒストンバリアントHtz1型ヌクレオソームの機能性の差異を明らかにするため、従来にない新しい方法（FALC: Functional Analysis of Linker-mediated complex strategy）を開発し、非常に有用な知見を得ることに成功した（Proc.Natl.Acad.Sci. U.S.A., 111, 699-704, 2014）。特に、ヌクレオソーム内の異なるヒストン、及びヒストンバリアントの機能解析、そして両複合体中の共通サブユニットの機能解析を進めた。この解析は、複数の複合体中に存在する共通サブユニットの機能を明らかにするもので、数十年来解かれるべき問題として残されていたが、初めて知見が得られた。更に、４種類のヒストンテイル領域が生存に必須ではないといった従来の知見が研究の進展を阻んでいたが、1種類のヒストンテイル領域が生存に必須であるといった知見を得たことで、新しい展開を示すことになり、様々な解析を行った（論文準備中）。
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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
ヌクレオソーム構造変換機構の解析では、ヒストン修飾からヌクレオソーム構造変換に至るメカニズムを提唱した（Nature, 446, 338-341, 2007; Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A., 107, 8153-8158, 2010）後に、ヌクレオソーム構造変換に関わる論文を既に発表しているものの（EMBO J., 330, 3353-3367, 2011; Genes Cells, 17, 65-81, 2012）、当初の計画よりヌクレオソーム構造変換機構の解析は、多少遅れている。一方で、競争が激化してきたヒストンH2A、もしくはヒストンバリアントHtz1を含む両ヌクレオソーム複合体の機能的差異についての新たな知見を、新しく開発した戦略（FALC: Functional Analysis of Linker-mediated complex strategy）を用いて得たことにより、前年度には論文準備中であったが、2014年1月に論文を発表した（Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A., 111, 699-704, 2014）。この論文の内容は、数十年来解かれずにいたマルチサブユニット複合体中の共通サブユニットの機能を特定する問題に初めてメスを入れたものとなった。更に、ヒストン修飾が起こるテイル領域に関する今迄の知見（4種類のヒストンテイル領域は、全て生存に必要ではない）に疑問点のあることが分かり、丁寧な解析を行ったところ、ヒストンH4テイル領域が生存に必須であることの知見が得られ、薬剤感受性、転写活性化能、ヌクレオソーム構造状態、及び修飾の変動などの様々な解析を行い、新しい内容の論文が出来上がった（論文準備中）。
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| Strategy for Future Research Activity |
11.で述べたように、当初の計画ができるだけ遅れないように進めていくものの、競争が激化した研究や新たに得られた興味深い知見（複数のマルチサブユニット複合体の共通サブユニットの機能解析法の確立，及びヒストンH4テイル領域の生存に必須な領域の特定化に基づいての発展的研究）については、ヌクレオソーム構造変換機構やヌクレオソームの修飾を介した機能解析における全世界の研究の状況を踏まえた上で、新しい研究展開をも進める。20世紀迄の生物学研究は、「１：１」「１：N」「N：１」の反応関係性を持った研究のみを進めてきたが、実際の生体内の反応は、「N：N」の反応関係性に基づいたものであって、その特性に基づいた解析は全くなされて来なかったといってよい。ここで注目している天然変性領域であるヒストンテイル領域の「可動性」「柔軟性」に基づいて、ヒストン修飾が起こり易く、変異等による障害に頑強であること、修飾間関係のネットワーク構造が密になり易いこと、また、天然変性領域がシグナル情報を「受容・処理・伝達」し、その上でネットワーク構造の「形成・成長・進化」をし易くさせていると提唱した“Modification web theory”“Signal router theory”の仕組みを明らかにするための良好な知見が得られた（論文準備中）ので、その研究を中心に進めていきたいと考えている。この研究の知見は、生体内外の多様な情報を処理した結果、ヌクレオソーム構造変換反応を引き起こす仕組みを明らかにする上でも、有効なものになると考えられ、本来の研究計画にも合致していると言える。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
ヒストンシャペロンやヒストン修飾認識因子を中心にヌクレオソーム構造変換機構の解析を進める一方で、11.や上に述べたように、ヒストンの構成アミノ酸部位を中心にヌクレオソーム機能に関するいくつかの新しい知見が得られてきた。論文発表を行うことを優先させたために、このようなことが生じることに至った。しかし、得られた知見（ i）複数のマルチサブユニット複合体中の共通サブユニットの機能解析は、数十年もの間未解決であった課題であったが、今回開発した手法（FALC戦略）により解決に向かう第一報を生み出す結果を得た：Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A., 111, 699-704, 2014、ii）従来の報告と異なり、ヒストンH4テイル領域が生存に必須であることを示した：論文準備中）は、今後のヒストン機能研究、ヌクレオソーム構造変換反応機構研究に重要な突破口をもたらすのではないかと考えられる。
上の「理由」に述べたような要因で、本来の研究計画の他に、幾つかの新しい知見に基づいたヒストン機能研究を進めることになった。ヒストン機能解析、ヌクレオソーム構造変換反応機構の両方の研究を進めるにあたっては、全世界のヒストン、ヌクレオソーム研究に対してリードする研究を心がけただけでなく、実際に、どの研究成果も世界をリードする研究となっているので、両方の研究をバランスよく進めることによって、より一層効果的な研究戦略になるものと考えている。
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Research Products
(6 results)
