グアニン4重鎖(G4)とG4結合タンパク質Rif1による染色体制御機構の解明

• 研究課題/領域番号: 16K07456
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 遺伝・染色体動態
• 研究機関: 公益財団法人東京都医学総合研究所
• 研究代表者: 深津 理乃 公益財団法人東京都医学総合研究所, ゲノム医科学研究分野, 研究員 (70600419)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円); 2018年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円); 2017年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円); 2016年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
• キーワード: グアニン4重鎖 / Rif1 / 複製タイミング / 染色体高次構造 / 多量体化 / DNA結合 / HEATリピート / DNA複製 / グアニン４重鎖 / キナーゼ阻害剤 / グアニン四重鎖 / 染色体ループ / Rif1タンパク質 / 分裂酵母 / R-ループ

研究成果の概要

進化的に保存された核因子Rif1は、G4を認識・結合し、核膜近傍にクロマチンに複製開始に抑制的なクロマチンドメインを形成する。G4はHEATリピート構造を有するN端、及び構造不明のC端に独立のG4結合ドメインを有する。また、8-16量体を形成する。Rif1は、パラレル型の多量体のG4に選択的に結合し、同時に複数のG4に結合する。複製抑制能を消失した２種類の点変異体L848S,R236Hを同定した。L848Sは染色体結合能を喪失しているが、R236Hは結合できる。これらの結果に基き、Rif1はビーズのような多量体を形成し多数のG4を束ねて、クロマチンループを形成するというモデルを提唱した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

核内クロマチン構造は、複製、転写、組換え、修復等染色体の維持や機能発現と密接に関連する。TAD(Topologically Associated Domain)は、発生、分化の過程での転写制御や、DNA複製の時空間制御に関連することが明らかとなっている。我々はRif1という核因子がこの過程の制御に重要な役割を果たすことを見出した。本研究により、Rif1による染色体高次構造形成における、G4の重要性、及び、関与するRif1上の機能ドメインが明らかとなった。本研究成果は、これまで未知であったG4の生物学的意義の一端を解明するとともに、G4-Rif1を用いた染色体高次構造の人為的操作の可能性を示す。

研究成果

• [雑誌論文] Both a Unique Motif at the C Terminus and an N-Terminal HEAT Repeat Contribute to G-Quadruplex Binding and Origin Regulation by the Rif1 Protein (2018)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi Shunsuke、Fukatsu Rino、Kanoh Yutaka、Kakusho Naoko、Matsumoto Seiji、Chaen Shigeru、Masai Hisao
  • 雑誌名: Molecular and Cellular Biology 巻: 39 号: 4
  • DOI: 10.1128/mcb.00364-18
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Molecular architecture of G-quadruplex structures generated on duplex Rif1-binding sequences (2018)
  • 著者名/発表者名: Masai Hisao、Kakusho Naoko、Fukatsu Rino、Ma Yue、Iida Keisuke、Kanoh Yutaka、Nagasawa Kazuo
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: 293 号: 44 ページ: 17033-17049
  • DOI: 10.1074/jbc.ra118.005240
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Checkpoint-independent Regulation of Origin Firing by Mrc1 through Interaction with Hsk1 kinase. (2017)
  • 著者名/発表者名: Matsumoto, S., Kanoh, Y., Shimmoto, M., Hayano, M., Ueda, K., Fukatsu, R., Kakusho, N., and Masai, H.
  • 雑誌名: Mol. Cell. Biol. 巻: MCB.00355-16. 号: 7
  • DOI: 10.1128/mcb.00355-16
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Claspin recruits Cdc7 kinase for initiation of DNA replication in human cells. (2016)
  • 著者名/発表者名: Yang CC, Suzuki M, Yamakawa S, Uno S, Ishii A, Yamazaki S, Fukatsu R, Fujisawa R, Sakimura K, Tsurimoto T, Masai H.
  • 雑誌名: Nat Commun. 巻: 7 号: 1 ページ: 12135-12135
  • DOI: 10.1038/ncomms12135
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] DNA-RNA hybrid and G-quadruplex: exploring their biological significance as new genome signatures. (2018)
  • 著者名/発表者名: 正井 久雄、加納 豊、覺正 直子、深津 理乃、田中 卓、吉沢 直子、森山 賢治、小林 駿介、鷺 朋子、關口 直樹、松本 清治、加藤 宏幸
  • 学会等名: 第41回日本分子生物学会年会
• [学会発表] Rif1の結合標的であるグアニン４重鎖構造の細胞内存在と形成のメカニズム (2018)
  • 著者名/発表者名: 加納 豊1, 松本 清治1, 關口 直樹1,3, 小林 俊介2,1, 深津 理乃1, 覺正 直子1, 正井 久雄1（1都医学研・ゲノム医科学, 2日大・相関理化学・総基礎科学, 3東京バイオ専門学校）
  • 学会等名: 第41回日本分子生物学会年会
• [学会発表] グアニン４重鎖結合タンパク質Rif1の構造・機能解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 小林 駿介1,2, 深津 理乃1, 加納 豊1, 覺正 直子1, 松本 清治1, 正井 久雄1（1公益財団法人 東京都医学総合研究所・ゲノム動態プロジェクト, 2日大・院総合基礎科学研究科・相関理化学専攻）
  • 学会等名: 第41回日本分子生物学会年会
• [学会発表] Rif1 promotes self-association of G-quadruplex (G4) by it specific G4 binding and oligomerization activities. (2018)
  • 著者名/発表者名: Hisao Masai, Rino Fukatsu, Naoko Kakusho, Yutaka Kanoh, Kenji Moriyama, Yue Ma, Keisuke Iida, Kazuo Nagasawa
  • 学会等名: 3R&3C Symposium
  • 国際学会
• [学会発表] Analysis of function and structure of G4 binding domain of fission yeast Rif1 protein. (2018)
  • 著者名/発表者名: Shunsuke Kobayashi, Rino Fukatsu, Yutaka Kanoh, Naoko Kakusho, Seiji Matsumoto, Hisao Masai
  • 学会等名: 3R&3C Symposium
  • 国際学会
• [学会発表] Rif1が結合するグアニン４重鎖構造の細胞内存在と形成のメカニズムの解明 (2017)
  • 著者名/発表者名: 〇加納 豊1、松本 清治1、深津 理乃1、覚正 直子1、正井 久雄1 (1.東京都医学研・ゲノム医科学)
  • 学会等名: 第40回日本分子生物学会年会
• [学会発表] グアニン４重鎖構造：諸刃の剣のゲノム情報 (2017)
  • 著者名/発表者名: 〇正井 久雄1、加納 豊1、田中 卓1、深津 理乃1、森山 賢治1、小林 駿介1、覚正 直子1、伊藤 さゆり1、鷺 朋子1、馬 悦2、長澤 和夫2、松本 清治1、新本 美智枝1、吉沢 直子1 (1.東京都医学研・ゲノム医科学、2.東京農工大学・大学院工学研究院)
  • 学会等名: 第40回日本分子生物学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] グアニン４重鎖結合タンパク質Rif1の構造・機能解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 小林 駿介、深津 理乃、加納 豊、正井 久雄
  • 学会等名: 第24回DNA複製・組換え・修復ワークショップ
• [学会発表] Rif1 intracts with chromatin throu G-quadruplex and regulates DNA replication (2016)
  • 著者名/発表者名: 加納 豊
  • 学会等名: The 10th International 3R Symposium
  • 発表場所: ホテル一畑（島根県松江市）
  • 年月日: 2016-11-16
  • 国際学会
• [学会発表] G4 binding domain of fission yeast Rif1 protein (2016)
  • 著者名/発表者名: 小林 駿介
  • 学会等名: The 10th International 3R Symposium
  • 発表場所: ホテル一畑（島根県松江市）
  • 国際学会
• [学会発表] Novel higher-order DNA structures containing G-quadruplex structures on both strands of Rif1 binding region play a crucial role in determination of replication timing domain (2016)
  • 著者名/発表者名: 正井 久雄
  • 学会等名: The 10th International 3R Symposium
  • 発表場所: ホテル一畑（島根県松江市）
  • 国際学会
• [備考] 東京都医学総合研究所 ゲノム動態プロジェクト
  • URL: http://www.igakuken.or.jp/genome/
• [備考] 東京都医学総合研究所 ゲノム動態プロジェクト
  • URL: http://www.igakuken.or.jp/genome/
• [備考] 公益財団法人 東京都医学総合研究所 ゲノム動態プロジェクト
  • URL: http://www.igakuken.or.jp/genome/