DNA結合タンパク質の揺らぎによる配列特異的DNA結合への影響

2010 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Molecular Science of Fluctuations toward Biological Functions
• Project/Area Number: 21107513
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 今西 未来 京都大学, 化学研究所, 助教 (80362391)
• Keywords: ジンクフィンガー / DNA結合 / 構造安定性

Research Abstract

代表的なDNA結合ドメインとして知られるC2H2型ジンクフィンガードメインの保存されたアミノ酸残基に着目し、その改変体を作製することによって、ジンクフィンガー構造の揺らぎとDNA結合能への影響を検討した。まず、ジンクフィンガーの構造形成に必須とされる疎水性コアを形成する残基のDNA結合への寄与を調べた。その結果、保存されたロイシン残基のアルキル鎖長が疎水性コアの形成に重要であり、同時にDNA結合能の獲得に必須であることを明らかにした。また、高く保存された配位子システインを様々な残基へ置換した配位子置換型ジンクフィンガーを作製し、金属結合能、構造安定性、DNA結合性を調べた。配位子置換型は亜鉛イオン結合親和性および構造安定性が野生型に比べて低下した。また、亜鉛イオン濃度が低い条件で、野生型は高いDNA結合活性を示したのに対し、配位子置換体はDNA結合性を示さなかった。しかし興味深いことに、亜鉛イオン濃度が高い条件では、DNA結合能を保持しており、中でも、アスパラギン酸に変えた場合は、野生型と同等の高いDNA結合活性を示した。これらの基礎的な知見に基づき、配位子置換型に転写活性化ドメインを融合した人工転写因子を作製したところ、培養液中の亜鉛イオン濃度に応答した転写活性化能を示した。すなわち、揺らぎの増大を利用し、亜鉛イオンによる機能スイッチを行うことに成功した。最適なタイミングで機能をスイッチできるシステムは、遺伝子の転写を人為的に制御するにあたり有用であり、構造揺らぎを利用した新しい人工DNA結合タンパク質のデザインを実現できたと考えられる。

Research Products

• [Journal Article] An Arginine Residue Instead of a Conserved Leucine Residue in the Recognition Helix of the Finger 3 of Zif268 Stabilizes the Domain Structure and Mediates DNA Binding (2011)
  • Author(s): Negi, S., Imanishi, M., Sasaki, M., Tatsutani, K., Futaki, S., Sugiura, Y.
  • Journal Title: Biochemistry Volume: 50 Pages: 6266-6272
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Metal-Stimulated Regulation of Transcription by an Artificial Zinc Finger Protein (2010)
  • Author(s): Imanishi, M., Nakaya, T., Morisaki, T., Noshiro, D., Futaki, S., Sugiura, Y.
  • Journal Title: ChemBioChem Volume: 11 Pages: 1653-1655
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Zinc Finger-Zinc Finger Interaction between the Transcription Factors, GATA-1 and Sp1 (2010)
  • Author(s): Imanishi, M., Imamura, C., Higashi, C., Yan, W., Negi, S., Futaki, S., Sugiura, Y.
  • Journal Title: Biochem.Biophys.Res.Commun. Volume: 400 Pages: 625-630
  • Peer Reviewed
• [Presentation] DNA Binding Properties of Ligand-Substituted Zinc Finger Proteins (2011)
  • Author(s): Imanishi M, Nakaya T, Matsumura K, Futaki S, Sugiura Y
  • Organizer: 第21回金属の関与する生体関連反応シンポジウム
  • Place of Presentation: 千葉市
  • Year and Date: 2011-05-30
• [Presentation] ジンクフィンガーモチーフを用いた新規DNA結合タンパク質の創製 (2011)
  • Author(s): 今西未来
  • Organizer: 日本薬学会第131年会
  • Place of Presentation: 静岡市(招待講演)(ただし開催中止(発表は成立))
  • Year and Date: 2011-03-30
• [Presentation] Creation of artificial DNA binding proteins based on properties of a C2H2 zinc finger motif (2011)
  • Author(s): Imanishi M
  • Organizer: 日本農芸化学会2011年度大会
  • Place of Presentation: 京都市(招待講演)(ただし開催中止(発表は成立))
  • Year and Date: 2011-03-28
• [Presentation] Metal-stimulated transcriptional regulation using artificial zinc finger proteins (2010)
  • Author(s): Nakaya T, Imanishi M, Morisaki T, Noshiro D, Futaki S, Sugiura Y
  • Organizer: 2010環太平洋国際化学会議
  • Place of Presentation: Honolulu (Hawaii, USA)
  • Year and Date: 2010-12-18
• [Presentation] Creation of a zinc finger type transcription factor responsive to Zn (II) concentration (2010)
  • Author(s): 中屋智博、今西未来、森崎達也、能代大輔、二木史朗、杉浦幸雄
  • Organizer: 第20回金属の関与する生体関連反応シンポジウム
  • Place of Presentation: 徳島市
  • Year and Date: 2010-06-25
• [Presentation] 亜鉛濃度に依存した新規転写調節系の開発 (2010)
  • Author(s): 中屋智博、森崎達也、能代大輔、今西未来、二木史朗、杉浦幸雄
  • Organizer: 日本ケミカルバイオロジー学会第5回年会
  • Place of Presentation: 横浜市
  • Year and Date: 2010-05-18