クロマチン脱修飾酵素によるヌクレオソームの制御研究

2014 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 24613007
• 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, ライフサイエンス技術基盤研究センター, ユニットリーダー (20415095)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2015-03-31
• Keywords: エピジェネティクス / クロマチン / ヒストン / 遺伝子発現 / 転写 / エピゲノム / メチル化 / 阻害剤

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、ヒトの染色体・クロマチンの制御に関わるエピジェネティクス制御タンパク質のうち、乳癌・直腸癌・神経腫瘍を始めとする難治癌や生活習慣病等の発症との関連が示唆されているLSD1/2 (Lysine-specific demethylase-1/2)脱メチル化酵素ファミリーがメチル化されたクロマチンを標的として転写制御に働く分子機構を解析することを目的としている。本年度は、FAD含有ヒストン脱メチル化酵素ファミリーのLSD1/2が脱メチル化標的とするヒストンH3のLys4のモノメチル化修飾を含むヌクレオソームの再構成技術を開発・改良した。Boc保護したBocモノメチルリジンを全長ヒストンH3のLys4, Lys9, Lys27, Lys36、およびLys4とLys27の２箇所に残基特異的に導入したタンパク質を大腸菌無細胞合成技術の開発と反応条件の最適化により大量合成した。調製したH3タンパク質は部分精製を行い、その後、トリフルオロ酢酸を用いてBocモノメチルリジンの脱Boc反応条件を最適化することにより、目的とする残基特異的モノメチル化H3タンパク質のミリグラム調製技術を確立した。本年度は、FAD含有ヒストン脱メチル化酵素ファミリーの脱メチル化反応の対照であり、Jumonji型ヒストン脱メチル化酵素の基質となるトリメチル化リジンのタンパク質への残基特異的な導入技術についてもRibozyme反応を用いた条件検討を行った。さらにLSD1/2によるリジンメチル化ヌクレオソーム等の脱修飾機構の解明とそれらのタンパク質に対する制御分子の開発のため、大腸菌発現系およびバキュロウイルス発現系におけるLSD1/2の調製、LSD2抗体の作成と評価、および結晶構造解析を行った。

Research Products

• [Journal Article] Lysine-specific demethylase LSD2 suppresses lipid influx and metabolism in hepatic cells (2015)
  • Author(s): Nagaoka, K., Hino, S., Sakamoto, A., Anan, K., Takase, R., Umehara, T., Yokoyama, S., Sasaki, Y., Nakao, M.
  • Journal Title: Mol. Cell. Biol. Volume: 35 (7) Pages: 1068-1080
  • DOI: 10.1128/MCB.01404-14
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Solution structures of the DNA-binding domains of immune-related zinc-finger protein ZFAT (2015)
  • Author(s): *Tochio, N., *Umehara, T., Nakabayashi, K., Yoneyama, M., Tsuda, K., Shirouzu, M., Koshiba, S., Watanabe, S., Kigawa, T., Sasazuki, T., Shirasawa, S., Yokoyama, S.
  • Journal Title: J. Struct. Funct. Genomics Volume: 16 (2) Pages: in press
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] New frontiers of epigenetics researches in pharmaceutical sciences (2015)
  • Author(s): Umehara. T., Hori, Y.
  • Journal Title: Yakugaku Zasshi Volume: 135(1) Pages: 1-2
  • DOI: 10.1248/yakushi.14-00202-F
  • Open Access
• [Journal Article] Multiple site-specific installations of Nε-monomethyl-L-lysine into histone proteins by cell-based and cell-free protein synthesis (2014)
  • Author(s): *Yanagisawa, T., *Takahashi, M., Mukai, T., Sato, S., Wakamori, M., Shirouzu, M., Sakamoto, K., #Umehara, T., #Yokoyama, S.
  • Journal Title: Chembiochem Volume: 15 (12) Pages: 1830-1838
  • DOI: 10.1002/cbic.201402291
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Expanded genetic code technologies for incorporating modified lysine at multiple sites (2014)
  • Author(s): Yanagisawa, T., Umehara, T., Sakamoto, K., Yokoyama, S.
  • Journal Title: Chembiochem Volume: 15 (15) Pages: 2181-2187
  • DOI: 10.1002/cbic.201402266
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Development of a hexahistidine-3× FLAG-tandem affinity purification method for endogeneous protein complexes in Pichia pastoris (2014)
  • Author(s): Higo, T., Suka, N., Ehara, H., Wakamori, M., Sato, S., Maeda, H., Sekine, S.I., Umehara, T., Yokoyama, S.
  • Journal Title: J. Struct. Funct. Genomics Volume: 15 (4) Pages: 191-199
  • DOI: 10.1007/s10969-014-9190-1
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] 「エピヌクレオソーム」の再構成に基づいた創薬技術開発」 (2015)
  • Author(s): 梅原崇史
  • Organizer: 第135回日本薬学会年会
  • Place of Presentation: 神戸市
  • Year and Date: 2015-03-26 – 2015-03-26
• [Presentation] Structure-based development of inhibitors targeting histone demethylase LSD1/KDM1 (2014)
  • Author(s): Umehara, T., Yokoyama, S.
  • Organizer: 第37回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 横浜市
  • Year and Date: 2014-11-26 – 2014-11-26
• [Presentation] Functional and structural analyses of H4-acetylated nucleosome core particles (2014)
  • Author(s): Umehara, T., Wakamori, M., Fujii, Y., Suka, N., Shirouzu, M., Sakamoto, K., Yokoyama, S.
  • Organizer: 11th EMBL Conference of Transcription and Chromatin
  • Place of Presentation: Heidelberg, Germany
  • Year and Date: 2014-08-24 – 2014-08-24
• [Presentation] Synthesis of histone proteins containing multiple and site-specific monomethyl-lysines (2014)
  • Author(s): Umehara, T., Yanagisawa, T., Takahashi, M., Mukai, T., Sato, S., Wakamori, M., Shirouzu, M., Sakamoto, K., Yokoyama, S.
  • Organizer: FASEB Science Research Conference on Biological Methylation: Regulation of Chromatin, Epigenetics, and Disease
  • Place of Presentation: Nassau, Bahamas
  • Year and Date: 2014-07-07 – 2014-07-07
• [Presentation] Reconstitution of ‘epi-nucleosomes’ with pinpoint epigenetic information (2014)
  • Author(s): Umehara, T., Yokoyama, S.
  • Organizer: 広島大学 クロマチン動態数理研究拠点セミナー
  • Place of Presentation: 広島市
  • Year and Date: 2014-06-13 – 2014-06-13
  • Invited
• [Book] 生体の科学 「生命動態システム科学」 エピヌクレオソームの再構成による遺伝子発現制御解析 65 (5) 462-463 (2014)
  • Author(s): 梅原崇史
  • Total Pages: 2
  • Publisher: 医学書院
• [Remarks]
  • URL: http://www.riken.jp/research/labs/clst/struct_synth_biol/bio_funct_mol_dev/epigen_drug_discov/
• [Remarks]
  • URL: http://researchmap.jp/ume/