多様な修飾ヒストンのライブラリー化に向けた基本技術の開発

• 研究課題/領域番号: 15K14418
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 基金
• 研究分野: ゲノム生物学
• 研究機関: 甲子園大学 (2017-2018); 大阪大学 (2015-2016)
• 研究代表者: 末武 勲 甲子園大学, 栄養学部, 教授 (80304054)
• 研究分担者: 川上 徹 大阪大学, 蛋白質研究所, 准教授 (70273711)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円); 2017年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2016年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2015年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
• キーワード: 修飾ヒストン / ヒストン / ユビキチン化 / 化学修飾 / ヒストン修飾 / 有機化学

研究成果の概要

これまでに、タンパク質は化学修飾されることが知られている。その機能を分子的に理解するには、修飾されたタンパク質を用意する必要がある。近年、化学修飾が遺伝子発現など重要な機能に関与するとされ、しかも分子量が小さい核タンパク質であるヒストンに注目した。本研究計画中に、ユビキチン化ヒストンの合成法を確立した。この修飾ヒストンが、他のエピジェネティクス制御であるDNAメチル化を維持する活性を見出し、新制御系を報告することができた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

これまで修飾タンパク質を用意して、タンパク質修飾の機能を調べるという研究は少なかった。その理由は、修飾タンパク質（特に、低分子蛋白質が修飾として導入される場合）を作成するのが難しいことによる。本研究成果で、目的のアミノ酸にユビキチン化修飾を導入することができる。そのため、その修飾の生理機に迫ることができ、私が報告した以外の新制御系も見出すことが出来ると考えている。さらに、これまで導入が容易である修飾と同時に導入することにより、さらに複雑な制御系を明らかにできうる基盤的技術を準備できたため、今後の修飾研究が大きく進むと期待できる。

研究成果

• [雑誌論文] Interactions of HP1 bound to H3K9me3 di-nucleosome by molecular simulations and biochemical assays (2018)
  • 著者名/発表者名: Watanabe S, Mishima Y, Shimizua M, Suetake I*, Takada S*
  • 雑誌名: Biophysical J. 巻: 114 号: 10 ページ: 2336-2351
  • DOI: 10.1016/j.bpj.2018.03.025
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Delayed male germ cell sex-specification permits transition into embryonal carcinoma cells with features of primed pluripotency (2018)
  • 著者名/発表者名: Dawson EP, Lanza DG, Webster NJ, Benton SM, Suetake I, Heaney JD*
  • 雑誌名: Development 巻: 145 号: 6
  • DOI: 10.1242/dev.156612
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Mechanism‐Based Inhibitor of DNA Cytosine‐5 Methyltransferase by a SNAr Reaction with an Oligodeoxyribonucleotide Containing a 2‐Amino‐4‐Halopyridine‐C‐Nucleoside (2018)
  • 著者名/発表者名: K. Sato, Y. Kunitomo, Y. Kasai, S. Usumi, I. Suetake, S. Tajima, S. Ichikwa, A. Matsuda
  • 雑誌名: ChemBioChem 巻: 19 号: 8 ページ: 865-872
  • DOI: 10.1002/cbic.201700688
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Synthetic-Molecule/Protein Hybrid Probe with Fluorogenic Switch for Live-Cell Imaging of DNA Methylation (2018)
  • 著者名/発表者名: Yuichiro Hori, Norimichi Otomura, Ayuko Nishida, Miyako Nishiura, Maho Umeno, Isao Suetake, Kazuya Kikuchi
  • 雑誌名: J Am Chem Soc 巻: 140 号: 5 ページ: 1686-1690
  • DOI: 10.1021/jacs.7b09713
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 1.Synthesis of ubiquitylated histone H3 using a thiirane linker for chemical ligation (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Kawakami, Y. Mishima, H. Hojo, I Suetake
  • 雑誌名: J. Pept. Sci. 巻: 印刷中 号: 7-8 ページ: 532-538
  • DOI: 10.1002/psc.2976
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Conserved threonine 1505 in the catalytic domain stabilizes mouse DNA methyltransferase 1. (2017)
  • 著者名/発表者名: Kanada K, Takeshita K, Suetake I, Tajima S, Nakagawa A.
  • 雑誌名: J Biochem. 巻: 印刷中 ページ: 271-278
  • DOI: 10.1093/jb/mvx024
  • NAID: 40021380544
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] RFTS-dependent negative regulation of Dnmt1 by nucleosome structure and histone tails. (2017)
  • 著者名/発表者名: Mishima Y, Brueckner L, Takahashi S, Kawakami T, Arita K, Oka S, Otani J, Hojo H, Shirakawa M, Shinohara A, Watanabe M, Suetake I
  • 雑誌名: FEBS J. 巻: 284 号: 20 ページ: 3455-3469
  • DOI: 10.1111/febs.14205
  • NAID: 120006537075
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Samd7 is a cell type-specific PRC1 component essential for establishing retinal rod photoreceptor identity (2017)
  • 著者名/発表者名: Omori Yoshihiro、Kubo Shun、Kon Tetsuo、Furuhashi Mayu、Narita Hirotaka、Kominami Taro、Ueno Akiko、Tsutsumi Ryotaro、Chaya Taro、Yamamoto Haruka、Suetake Isao、Ueno Shinji、Koseki Haruhiko、Nakagawa Atsushi、Furukawa Takahisa
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences 巻: 114 号: 39
  • DOI: 10.1073/pnas.1707021114
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Structure of the Dnmt1 reader module complexed with a unique two-mono-ubiquitin mark on histone H3 reveals the basis for DNA methylation maintenance. (2017)
  • 著者名/発表者名: Ishiyama S, Nishiyama A, Saeki Y, Moritsugu K Morimoto D, Yamaguchi L, Arai N, Matsumura R, Kawakami T, Mishima Y, Hojo H, Shimamura S, Ishikawa F, Tajima S, Tanaka K, Ariyoshi M, Shirakawa M, Ikeguchi M, Kidera A, Suetake I, Arita K, Nakanishi M
  • 雑誌名: Mol Cell 巻: 68 号: 2 ページ: 350-360
  • DOI: 10.1016/j.molcel.2017.09.037
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Synthesis of Histone Proteins by CPE Ligation using a Recombinant Peptide as the C-Terminal Building Block (2015)
  • 著者名/発表者名: Kawakami T*,Yoshikawa R, Fujiyoshi Y, Mishima Y, Hojo H, Tajima S, Suetake I
  • 雑誌名: J. Biochem 巻: 158 号: 5 ページ: 403-411
  • DOI: 10.1093/jb/mvv056
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 維持型DNAメチル化酵素（Dnmt1）の活性促進メカニズム (2018)
  • 著者名/発表者名: 末武勲
  • 学会等名: 第91回日本生化学会大会
  • 招待講演
• [学会発表] マルチプルモノユビキチン化ヒストンH3が制御するDNA維持メチル化の構造基盤 (2018)
  • 著者名/発表者名: 有田恭平、石山怜、西山敦哉、中西真、川上徹、末武勲
  • 学会等名: 第91回日本生化学会大会
  • 招待講演
• [学会発表] スピンラベルESR法によるヘテロクロマチンタンパク質HP1の動的構造の研究 (2018)
  • 著者名/発表者名: 荒田敏昭, 三島優一，中澤重顕, 佐藤和信, 工位武治,川上徹,北條裕信, 藤原敏道,宮田真人,末武勳
  • 学会等名: 第57回電子スピンサイエンス学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] スピンラベルESRによるヘテロクロマチンタンパク質HP1の動的構造の研究 (2018)
  • 著者名/発表者名: 荒田敏昭,三島優一,中澤重顕,佐藤和信,工位武治,藤原敏道,末武勲
  • 学会等名: 第91回日本生化学会大会
• [学会発表] クロマチン状態による Dnmt1 の de novo メチル化活性制御 (2018)
  • 著者名/発表者名: 首浦武作志、田嶋正二、木村博信、末武勲,多田政子
  • 学会等名: 第12回エピジェネティクス研究会
• [学会発表] スピンラベルESRによるヘテロクロマチンタンパク質HP1の動的構造の研究 (2018)
  • 著者名/発表者名: 荒田敏昭,三島優一,中澤重顕,佐藤和信,工位武治,藤原敏道,末武勲
  • 学会等名: 日本生物物理学会第56回年会
• [学会発表] Chemical Synthesis of Ubiquitinated Histone H3 (2018)
  • 著者名/発表者名: Kawakami T, Takazawa M, Mishima Y, Hojo H, Suetake I
  • 学会等名: 10th International Peptide Symposium
  • 国際学会
• [学会発表] DNA methylation and histone modifications (2017)
  • 著者名/発表者名: Isao Suetake
  • 学会等名: 5th Awaji International Workshop on “Electron Spin Science & Technology: Biological and Materials Science Oriented Applications, 5th AWEST 2017
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Histone Ubiquitination via an Isopeptide Mimetic Structure by Using a Thiirane Linker (2017)
  • 著者名/発表者名: Toru Kawakami, Yuichi Mishima, Hironobu Hojo, Isao Suetake
  • 学会等名: ペプチド学会
• [学会発表] DNAメチル化継承を制御するユビキチン・コード (2017)
  • 著者名/発表者名: 西山敦哉、石山玲、佐伯泰、三島優一、川上徹、北條裕信、末武勲、有田恭平、中西真
  • 学会等名: 第90回 生化学会
  • 招待講演
• [学会発表] DNA メチル化酵素とユビキチン化ヒストン H3 の構造生物学的研究 (2017)
  • 著者名/発表者名: 石山 怜、西山 敦哉、松村 るみゑ、 三島 優一、末武 勲、中西 真、 有田 恭平
  • 学会等名: 第17回 蛋白質科学会
• [学会発表] チイランリンカーを用いるイソペプチド類似構造を介したヒストンタンパク質のユビキチン化 (2017)
  • 著者名/発表者名: 川上 徹，三島優一，北條裕信，末武 勲
  • 学会等名: 第17回 蛋白質科学会
• [学会発表] HISTONE UBIQUTINATION VIA AN ISOPEPTIDE MIMETIC STRUCTURE BY USING A THIIRANE LINKER (2017)
  • 著者名/発表者名: Kawakami T, Mishima Y, Hojo H, Suetake I
  • 学会等名: 第54回ペプチド討論会
• [学会発表] チイランリンカーを用いるイソペプチド類似構造を介したユビキチン化ヒストンタンパク質の調製 (2017)
  • 著者名/発表者名: 川上 徹，三島優一，北條裕信，末武 勲
  • 学会等名: 第90回 生化学会
• [学会発表] ユビキチン化ヒストンは、維持型メチル化酵素Dnmt1のメチル化維持活性を促進する (2017)
  • 著者名/発表者名: 三島優一、川上徹、北條裕信、有田恭平、末武勲
  • 学会等名: 第90回 生化学会
• [学会発表] 維持型DNAメチル化酵素、Dnmt1、のメチル化活性のヌクレオソーム構造による阻害様式 (2016)
  • 著者名/発表者名: 三島優一、川上徹、北條裕信、末武勲
  • 学会等名: 第39回分子生物学会
  • 発表場所: パシフィコ横浜 （神奈川県 横浜市）
  • 年月日: 2016-11-30
• [学会発表] A preparation of isopeptide mimetics by the peptide ligation using a thiirane linker Toru Kawakami (2016)
  • 著者名/発表者名: Yuichi Mishima, Misaki Kinoshita, Young-Ho Lee, Isao Suetake
  • 学会等名: 第53回ペプチド討論会
  • 発表場所: 京都テルサホール （京都府、京都市）
  • 年月日: 2016-10-26
• [学会発表] 維持型メチル化酵素Dnmt1のメチル化維持活性は、ヌクレオソーム構造により阻害される (2016)
  • 著者名/発表者名: 末武勲、三島優一、川上徹、北條裕信
  • 学会等名: 第89回生化学会大会
  • 発表場所: 仙台国際センター （宮城県 仙台市）
  • 年月日: 2016-09-25
• [学会発表] チイランリンカーを用いる急ペプチド類似構造を介したヒストンペプチドのユビキチン化 (2016)
  • 著者名/発表者名: 川上徹、三島優一、木下岬、李 映昊、末武勲
  • 学会等名: 第89回生化学会大会
  • 発表場所: 仙台国際センター （宮城県 仙台市）
  • 年月日: 2016-09-25
• [学会発表] A preparation of isopeptide mimetics by the peptide ligation using a thiirane linker (2016)
  • 著者名/発表者名: Toru Kawakami, Yuichi Mishima, Misaki Kinoshita, Young-Ho Lee, Isao Suetake
  • 学会等名: 第10回バイオ関連化学シンポジウム
  • 発表場所: 石川県立音楽堂（石川県、金沢市）
  • 年月日: 2016-09-07
• [学会発表] Isoform-specific binding properties of Heterochromatin protein 1 (2016)
  • 著者名/発表者名: Suetake I, Mishima Y, Watanabe S, Shimizu M, Takada S
  • 学会等名: 4th Awaji International Workshop on “Electron Spin Science & Technology Biological and Materials Science Oriented Applications
  • 発表場所: Awaji Yumebutai International Conference Center （Hyogo, Awaji)
  • 年月日: 2016-06-19
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ライゲーション法によるイソペプチド類似構造を介したヒストンペプチドのユビキチン化 (2016)
  • 著者名/発表者名: 川上徹、三島優一、木下岬、李映昊、末武勲
  • 学会等名: 第10回エピジェネティクス研究会年会
  • 発表場所: 千里ライフサイエンスセンター （大阪府、豊中市）
  • 年月日: 2016-05-09
• [学会発表] 維持型メチル化酵素Dnmt1による再構成ヌクレオソーム内のヘミメチルDNAのメチル化特性 (2016)
  • 著者名/発表者名: 三島優一、岡翔太、田嶋正二、末武勲
  • 学会等名: 第10回エピジェネティクス研究会年会
  • 発表場所: 千里ライフサイエンスセンター （大阪府、豊中市）
  • 年月日: 2016-05-09
• [学会発表] ES細胞の多能性にはTetによるNr2f2プロモーター領域の脱メチル化が必要である (2016)
  • 著者名/発表者名: 堀居拓郎、森田純代、木村美香、寺脇直美、木村博信、末武勲、田嶋正二、安部由美子、畑田出穂
  • 学会等名: 第10回エピジェネティクス研究会年会
  • 発表場所: 千里ライフサイエンスセンター （大阪府、豊中市）
  • 年月日: 2016-05-09
• [学会発表] 5-ヒドロキシメチル化シトシンの１塩基レベルでの検出法の開発 (2016)
  • 著者名/発表者名: 福沢世傑、高橋央里、橘和夫、田嶋正二、末武勲
  • 学会等名: 第10回エピジェネティクス研究会年会
  • 発表場所: 千里ライフサイエンスセンター （大阪府、豊中市）
  • 年月日: 2016-05-09
• [学会発表] T1505 はW1512 を支えることによりDnmt1の触媒中心のメチル化シトシンの認識に寄与している (2016)
  • 著者名/発表者名: 金田健作、竹下浩平、末武勲、Ronald Garvilles, 木村博信、田嶋正二、中川敦史
  • 学会等名: 第10回エピジェネティクス研究会年会
  • 発表場所: 千里ライフサイエンスセンター （大阪府、豊中市）
  • 年月日: 2016-05-09
• [学会発表] Detailed analysis of HP1 binding to histone H3 of which K9 is methylated in reconstituted nucleosomes (2016)
  • 著者名/発表者名: 末武勲
  • 学会等名: 関西大学ゲノム・エピゲノム研究討論会
  • 発表場所: 関西大学（大阪）
  • 年月日: 2016-03-12
  • 招待講演
• [学会発表] Dnmt1の新制御 (2016)
  • 著者名/発表者名: 末武勲
  • 学会等名: 第１回 エピジェネティック修飾読み手分子の構造と生命機能をつなぐ会」
  • 発表場所: 九州大学 生体防御医学研究所 （福岡県、福岡市）
  • 招待講演
• [学会発表] DNA脱メチル化制御機構の解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 高橋沙央里、末武勲
  • 学会等名: 第16回日本蛋白質科学会年会
  • 発表場所: 福岡国際会議場 （福岡県、福岡市）
• [学会発表] ゲノムメチル化模様を次世代細胞に継承するDnmt1の正確なメチル化反応に関する構造生物学的知見 (2016)
  • 著者名/発表者名: 金田健作、竹下浩平、末武勲、Ronald Garvilles, 木村博信、田嶋正二、中川敦史
  • 学会等名: 第16回日本蛋白質科学会
  • 発表場所: 福岡国際会議場 （福岡県、福岡市）
• [学会発表] SYNTHESIS OF MODIFIED HISTONE PROTEINS BY CPE LIGATION USING A RECOMBINANT PEPTIDE (2015)
  • 著者名/発表者名: Kawakami T, Yoshikawa R, Fujiyoshi Y, Mishima Y, Hojo H, Tajima S, Suetake I
  • 学会等名: The 7th International Peptide Symposiuｍ
  • 発表場所: biopolis （シンガポール）
  • 年月日: 2015-12-09
  • 国際学会
• [学会発表] Detailed analysis of HP1 binding to histone H3 of which K9 is methylated in reconstituted nucleosomes (2015)
  • 著者名/発表者名: Suetake I
  • 学会等名: bilateral symposium between SNU and IPR
  • 発表場所: seoul （Korea）
  • 年月日: 2015-12-04
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] HP1の新規結合様式 (2015)
  • 著者名/発表者名: 三島優一、末武勲
  • 学会等名: 第38回日本分子生物学会年会、第88回日本生化学会大会 合同大会
  • 発表場所: 神戸ポートアイランド(兵庫)
  • 年月日: 2015-12-02
• [学会発表] SYNTHESIS OF MODIFIED HISTONE PROTEINS BY CPE LIGATION USING A RECOMBINANT PEPTIDE (2015)
  • 著者名/発表者名: Kawakami T,Yoshikawa R, Fujiyoshi Y, Mishima Y, Hojo H, Tajima S, Suetake I
  • 学会等名: 第52回ペプチド討論会
  • 発表場所: 平塚中央公民館（神奈川）
  • 年月日: 2015-11-16
• [学会発表] Total chemical synthesis and semi-synthesis of histone proteins by chemical ligation (2015)
  • 著者名/発表者名: Kawakami T and Sueake I
  • 学会等名: The 40th Naito Conference organizing committee on “Epigenetics
  • 発表場所: シャトレーゼ ガトーキングダム(札幌)
  • 年月日: 2015-09-15
• [学会発表] 粗視化シミュレーションによるヘテロクロマチン蛋白質１のヌクレオソームへの結合研究 (2015)
  • 著者名/発表者名: 渡辺 周平, 三島 優一, 末武 勲, 高田 彰二
  • 学会等名: 第53回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 金沢大学（金沢）
  • 年月日: 2015-09-13
• [学会発表] Nucleosome compaction allows HP1g the H3K9 methylation binding (2015)
  • 著者名/発表者名: Mishima Y, Lu, K, Otani J, Shirakawa M, Carlton PM, Tajima S, Suetake I
  • 学会等名: International Symposium on Chromatin Structure, Dynamics, and Function
  • 発表場所: 淡路夢舞台(兵庫)
  • 年月日: 2015-08-23
• [学会発表] 組換えペプチドをC末端側合成ブロックとして用いたライゲーション法によるヒストンH3の合成 (2015)
  • 著者名/発表者名: 川上 徹・三島優一・北條裕信・田嶋正二・末武 勲
  • 学会等名: 第9回エピジェネティクス研究会年会
  • 発表場所: 学術総合センター(東京)
  • 年月日: 2015-05-25
• [学会発表] ヌクレオソーム構造に依存したHP1γのヒストンH3K9me3認識機構 (2015)
  • 著者名/発表者名: 三島優一、Chanika D Jayasinghe、Kai Lu、川上徹、大谷淳二、木村博信、白川昌宏、Peter Carlton、田嶋正二、末武勲
  • 学会等名: 第9回エピジェネティクス研究会年会
  • 発表場所: 学術総合センター(東京)
  • 年月日: 2015-05-25
• [図書] DNA and Histone Methylation as Cancer Targets (Cancer Drug Discovery and Development) (2017)
  • 著者名/発表者名: Suetake I, Watanabe M, Takeshita K, Takahashi S, Carlton P.
  • 総ページ数: 624
  • 出版者: Humana Press
• [図書] エピジェネティクス実験スタンダード (2017)
  • 著者名/発表者名: 末武勲、三島優一、高橋沙央里、古川亜矢子
  • 総ページ数: 394
  • 出版者: 羊土社
  • ISBN: 9784758101998
• [図書] DNA Methyltransferases-Role and Function (2016)
  • 著者名/発表者名: Tajima S, Suetake I, Takeshita K, Nakagawa A, Kimura H.
  • 総ページ数: 24
  • 出版者: Springer
• [図書] DNA Replication, Recombination, and Repair (2016)
  • 著者名/発表者名: Shoji Tajima, Hironobu Kimura, Isao Suetake
  • 総ページ数: 28
  • 出版者: Springer