高次クロマチンにおける相同組換え反応の解析

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 26890023
• Research Institution: Waseda University
• Principal Investigator: 町田 晋一 早稲田大学, 理工学術院, 助教 (50732195)
• Project Period (FY): 2014-08-29 – 2016-03-31
• Keywords: クロマチン / 相同組換え / ヒストン / ヒストン修飾 / リンカーヒストン / ユビキチン / RAD51

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、高次に折り畳まれたクロマチン上での相同組換えを介したDNA二重鎖切断損傷修復の分子機構を明らかにすることである。真核生物の細胞核内に収納されているゲノムDNAはクロマチン構造を形成し、細胞核内に収納されている。クロマチンは、多様な高次構造を形成することで、相同組換え反応を制御することが知られているが、その詳細は明らかになっていない。
そこで、クロマチン高次構造形成に機能するリンカーヒストンH1に着目した。ヒトのリンカーヒストンH1には11種類のバリアントが存在するが、それらが形成する多様なクロマチン構造と相同組換えの関係は分かっていない。そこで、試験管内で再構成したH1バリアントを含むクロマチンを基質とした、RAD51およびRAD54依存的な相同組換え反応を解析を行った。その結果、精巣特異的に発現するH1バリアント(H1T)の相同組換え反応抑制効果が、他のH1バリアントと比較して、著しく低いことが明らかになった。さらに、H1Tの形成するクロマチン高次構造形成をポリヌクレオソームレベルで分析超遠心法により解析し、H1Tの形成するクロマチンが体細胞型のH1バリアントと比較して緩んだ構造であることを明らかにした。H1Tが最も発現している精母細胞は、減数分裂を経て精子となる。その減数分裂の進行には相同組換えによるキアズマの形成が必須であることから、精母細胞に発現するH1Tは、相同組換えのための「場」としてのクロマチン構造形成に機能することが示された。
さらに、ヒストンのモノユビキチン化によるクロマチン高次構造制御機構を、構造生物学的手法により明らかにすることを試みた。転写活性化領域に局在することが知られているH2BK120ubおよびH4K31ubを含むヌクレオソームのX線結晶構造解析を行い、3.3オングストロームでその立体構造を明らかにすることに成功した。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Chromatin architecture may dictate the target site for DMC1, but not for RAD51, during homologous pairing (2016)
  • Author(s): Kobayashi, W., Takaku, M., Machida, S., Tachiwana, H., Maehara, K., Ohkawa, Y., and Kurumizaka, H.
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 印刷中 Pages: 印刷中
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Structure and function of human histone H3.Y nucleosome. (2016)
  • Author(s): Kujirai, T., Horikoshi, N., Sato, K., Maehara, K., Machida, S., Osakabe, A., Kimura, H., Ohkawa, Y. and Kurumizaka, H.
  • Journal Title: Nucleic Acids Research Volume: 1 Pages: gkw202
  • DOI: 10.1093/nar/gkw202
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] GATA3-dependent cellular reprogramming requires activation-domain dependent recruitment of a chromatin remodeler. (2016)
  • Author(s): Takaku M., Grimm S.A. Shimbo T., Perera L., Menafra R., Stunnenberg H.G., Archer T.K., Machida S., Kurumizaka H. and Wade P.A.
  • Journal Title: Genome Biology Volume: 17 Pages: 36
  • DOI: 10.1186/s13059-016-0897-0
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Relaxed Chromatin Formation and Weak Suppression of Homologous Pairing by the Testis-Specific Linker Histone H1T. (2016)
  • Author(s): Machida S., Hayashida R., Takaku M., Fukuto A., Sun J., Kinomura A., Tashiro S. and Kurumizaka H.
  • Journal Title: Biochemistry Volume: 55 Pages: 637-646
  • DOI: 10.1021/acs.biochem.5b01126
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Bivalent interaction of the PZP domain of BRPF1 with the nucleosome impacts chromatin dynamics and acetylation. (2015)
  • Author(s): Klein B.J., Muthurajan U.M., Lalonde M.E., Gibson M.D., Andrews F.H., Hepler M., Machida S., Yan K., Kurumizaka H., Poirier M.G., Côté J., Luger K. and Kutateladze T.G.
  • Journal Title: Nucleic Acids Research Volume: 44 Pages: 472-484
  • DOI: 10.1093/nar/gkv1321
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] The biochemical analyses of the chromatin containing mono-ubiquitinated nucleosomes (2015)
  • Author(s): Shinichi Machida, Yuki Nishiyama and Hitoshi Kurumizaka
  • Organizer: International Symposium on Chromatin Structure, Dynamics,and Function
  • Place of Presentation: 淡路島
  • Year and Date: 2015-08-23 – 2015-08-25