試験管内染色体複製系を用いたDNA維持メチル化制御の分子基盤の解明

• 研究課題/領域番号: 16H04818
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 遺伝・染色体動態
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 西山 敦哉 東京大学, 医科学研究所, 准教授 (50378840)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 17,160千円 (直接経費: 13,200千円、間接経費: 3,960千円); 2018年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2017年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2016年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
• キーワード: DNAメチル化 / DNA複製 / ユビキチン / DNMT1 / UHRF1 / PCNA / PAF15 / ユビキチン化 / Uhrf1 / Dnmt1 / ツメガエル卵 / 無細胞系 / クロマチン / 質量分析 / 染色体

研究成果の概要

DNAのメチル化は、細胞の特性を規定する「細胞記憶」として働く化学修飾であり、細胞の分化やがん化の抑制に重要な役割を果たす。DNAメチル化酵素1 (DNMT1)は、染色体複製に伴い、娘DNAへのDNAメチル化パターンの正確な継承を保証するDNAメチル化酵素である。DNMT1のDNAメチル化部位への集積にはE3ユビキチンリガーゼUHRF1の機能が必須であるが、その分子機構は未だ明らかでない。本研究においては、DNAメチル化継承の分子機構について解析を行い、PAF15タンパク質のユビキチン化がDNMT1のメチル化部位への局在に重要な役割を果たすことを明らかにした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

DNAメチル化酵素は抗がん剤の作用点としても注目を集めており、本研究成果はDNAメチル化継承の新たなメカニズムを明らかとした学術的な意義に加えて、DNAメチル化酵素阻害剤の開発推進に大きく寄与する可能性がある。また、PAF15は様々ながん細胞で高発現していることが報告されており、PAF15の高発現がDNAメチル化制御に与える影響を明らかにすることは今後の重要な課題と考えられる。

研究成果

• [国際共同研究] Ludwig-Maximilians-Universitat Munchen(ドイツ)
• [国際共同研究] Ludwig Maximilians University Munich,(Germany)
• [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] Usp7-dependent histone H3 deubiquitylation regulates maintenance of DNA methylation. (2017)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi L, Nishiyama A, Misaki T, Johmura Y, Ueda J, Arita K, Nagao K, Obuse C, Nakanishi M
  • 雑誌名: Scientific reports 巻: 7 号: 1 ページ: 1-12
  • DOI: 10.1038/s41598-017-00136-5
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] DNAメチル化維持制御機構の解明 (2019)
  • 著者名/発表者名: 西山 敦哉
  • 学会等名: 東京大学医科学研究所国際共同利用・共同研究拠点事業平成30年度若手研究者シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] UHRF1依存的なマルチプルモノユビキチン化を介した維持DNAメチル化制御 (2018)
  • 著者名/発表者名: 西山 敦哉, 千葉 祥恵, 隈本 宗一郎, 佐伯 泰, 郡 聡実, 有田 恭平, 川上 徹, 中西 真
  • 学会等名: 第91回日本生化学会大会
  • 招待講演
• [学会発表] Uhrf1依存的なPAF15のユビキチン化を介した DNA維持メチル化制御 (2018)
  • 著者名/発表者名: 西山 敦哉、千葉 祥恵、隈本 宗一郎、佐伯 泰、郡 聡美、川上 徹、有田 恭平、中西 真
  • 学会等名: 第41回 日本分子生物学会年会 ワークショップ
  • 招待講演
• [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: ConBio2017 [4AW13] ユビキチン・コード：細胞内の最も難解な暗号を読む
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] PAF15 のユビキチン化を介した 維持DNA メチル化制御 (2017)
  • 著者名/発表者名: 西山 敦哉、佐伯 泰、有田 恭平、中西 真
  • 学会等名: 第35回 染色体ワークショップ・第16回 核ダイナミクス研究会
• [学会発表] 片鎖メチル化結合蛋白質UHRF1によるPCNAのユビキチン化 (2017)
  • 著者名/発表者名: 西山敦哉、山口留奈、三崎紀展、佐伯泰、中西真
  • 学会等名: 第34回染色体ワークショップ/第15回核ダイナミクス研究会
  • 発表場所: 千葉県 (かずさアカデミアホール）
• [学会発表] ユビキチン修飾系によるDNAメチル化維持経路の制御 (2016)
  • 著者名/発表者名: 西山 敦哉
  • 学会等名: 第39回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: 神奈川県（パシフィコ横浜）
  • 招待講演
• [備考] ライフサイエンス 新着論文レビュー
  • URL: http://first.lifesciencedb.jp/archives/17386
• [備考] 東京大学大学院 理学系研究科 癌防御シグナル分野 中西研究室
  • URL: http://www.ims.u-tokyo.ac.jp/cancer-cell-biology/hp2018/01index.html