Biochemical study of maintenance DNA methylation regulated by histone modification(s)
| Project/Area Number |
18K06095
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 43020:Structural biochemistry-related
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| Research Institution | Nakamura Gakuen College (2020-2021)
Koshien University (2018-2019) |
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Principal Investigator |
末武 勲 中村学園大学, 栄養科学部, 教授 (80304054)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
茶谷 絵理 神戸大学, 理学研究科, 准教授 (00432493)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2023-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2021)
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| Budget Amount *help |
¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
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| Keywords | HP1 / ヒストン修飾 / ＤＮＡメチル化 / Ｄｎｍｔ１ / Dnmt1 / DNAメチル化 / histone / nucleosome |
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| Outline of Annual Research Achievements |
エピジェネティクス制御の一つには、DNAメチル化修飾がある。一旦、細胞特異的なDNAメチル化模様がゲノム上に形成されると、安定に維持されようとする。その維持酵素として、Dnmt1がある。これが機能するためには、他のエピジェネティクス制御とも関連する必要があることが分かっている。その代表として、ヒストンの化学修飾がある。ヒストンの化学修飾には、Dnmt1が直接認識するヒストンのモノユビキチン化に加えて、間接的に関わるメチル化修飾（H3K9me3）がある。間接的であるというのは、H3K9me3を認識する分子としてHP1があるが、それがDnmt1と結合することが知られているからである。
本年度は、HP1分子をより深く調べる目的で、HP1分子に電子スピンを導入して、その運動性について検討した（Suetake et al., BBRC 2021）。その結果、ヒトHP1は、酵母と違う制御があることが分かった。HP1は、H3K9me3を認識するドメインとしてクロモドメイン（CD)があるが、酵母ではH3K9me3が存在しない場合、CDが2量体を形成し、H3K9me3が存在することよりCDーCD相互作用がなくなることが知られている。本研究では、ヒトではH3K9me3が存在しなくても、CDは2量体を形成せず、H3K9me3を常に探しているような状態であることが分かった。
一方、HP1には、もう一つのドメインとして、クロモシャドウドメイン（CSD)がある。CSDを介して、HP1は、2量体形成をすることが知られており、CSDの結晶構造などが明らかとなっている。しかし、分子全体で、その2量体構造が揺らいでいるか、安定なのかが明らかでないため、CSDに電子スピンを導入し、CSDの運動性ならびに、CSD間の距離を測定した。その結果、全長のHP1においても、CSDは結晶構造とほぼ変わらない配置を安定にしていることが分かった。
このように、電子スピンを用いることで、HP1の新たな物性が明らかにすることができた。
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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
DNAメチル化酵素について研究を進めようとしているが、現在のところ、昆虫細胞を使って発現する設備が整っていない。それが整うまで、DNAメチル化酵素の制御にかかわる因子（HP1）の分子について調べることにしている。現在、論文も出すことができ、順調に研究が進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
HP1分子は、研究の歴史が長いので、多くのことが明らかにされていると考えていたが、研究を進めてみると、予想外に新たな性質を見出すことができた。今後、さら詳細に研究をすすめ、新たな物性を明らかにしようと考えている。それら結果をもとにして、DNAメチル化の制御を新視点で理解したい。
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Report
(4 results)
Research Products
(55 results)
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[Journal Article] Epigenetic Protection of Vertebrate Lymphoid Progenitor Cells by Dnmt12020
Author(s)
Iwanami Norimasa、Takeshita Kohei、Lawir Divine-Fondzenyuy、Suetake Isao、Tajima Shoji、Sikora Katarzyna、Trancoso In?s、?Meara Connor、Siamishi Iliana、Takahama Yousuke、Furutani-Seiki Makoto、Kondoh Hisato、Yonezawa Yasushige、Schorpp Michael、Boehm Thomas
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Journal Title
iScience
Volume: 23
Pages: 101260-101260
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Enhanced processivity of Dnmt1 by monoubiquitinated histone H32020
Author(s)
Y. Mishima, L. Brueckner, S. Takahashi, T. Kawakami, J. Otani, A. Shinohara, K. Takeshita, R. G. Garvilles, M. Watanabe, N. Sakai, H. Takeshima, C. Nachtegael, A. Nishiyama, M. Nakanishi, K. Arita, K. Nakashima, H. Hojo, I. Suetake
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Journal Title
Genes to Cells
Volume: 25
Pages: 22-32
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Presentation] Establishment of HP1 semi-synthesis and structural dynamics of its N-tail detected with ESR2021
Author(s)
Isao Suetake, Toshiaki Arata, Toru Kawakami, Risa Mutoh, Yuichi Mishima, Kazunobu Sato, Takeji Takui, Toshiki Takei , Toshimichi Fujiwara , Makoto Miyata , Hironobu Hojo
Organizer
第58回ペプチド討論会
Related Report
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[Presentation] Structural dynamics of epi-genome related heterochromatin protein HP1 as studied by spin labeling EPR spectroscopy2021
Author(s)
Toshiaki Arata, Shigeaki Nakazawa, Kazunobu Sato, Risa Muto, Yuichi Mishima, Toru Kawakami, Hironobu Hojo, Akira Shinohara, Takeji Takui, Toshimichi Fujiwara, Makoto Miyata, Isao Suetake
Organizer
ISMAR (IEEE international symposium on mixed and augmented reality)
Related Report
Int'l Joint Research
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[Presentation] DNA結合に伴うヘテロクロマチンタンパク質HP1の天然変性領域のESR動的構造解析2021
Author(s)
荒田敏昭,佐藤和信,平居永名,武藤梨沙,三島優一,工位武治,川上徹,北條裕信,藤原敏道,宮田真人,末武勳
Organizer
第94回 生化学会
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