DNA整列固定技術を用いたDNA結合蛋白質の網羅的単分子機能解析（国際共同研究強化）

• 研究課題/領域番号: 16KK0157
• 研究種目: 国際共同研究加速基金（国際共同研究強化）
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 生物物理学
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 鎌形 清人 東北大学, 多元物質科学研究所, 准教授 (90432492)
• 研究期間 (年度): 2017 – 2019
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 15,210千円 (直接経費: 11,700千円、間接経費: 3,510千円)
• キーワード: DNA / DNA結合タンパク質 / 単分子蛍光顕微鏡 / スライディング / 拡散 / 障害物 / 単分子計測 / １分子計測(SMD) / 蛋白質 / 遺伝子 / 分子認識 / 生体分子

研究成果の概要

開発したDNA整列固定法と単分子蛍光顕微鏡を用いて、様々なDNA結合タンパク質の機能を解析した。DNAの形を制御するタンパク質（Fis、Nhp6A、HU）は、DNAと絶えず接触しながら“スライディング運動”することが分かった。さらに、変異体の解析から、Fisは、アルギニンを用いてDNA配列を読みながらDNA上を動くが、Nhp6Aは、天然変性領域でDNAに絡みつき、DNA上を動くことが分かった。また、細胞内では、多くのDNA結合タンパク質がDNAに結合し、障害物となると予想されたが、Nhp6AはDNA上の障害物をすり抜けて移動できることが分かった。

研究成果の学術的意義や社会的意義

DNA結合タンパク質は、DNAの標的配列に結合し細胞の機能を制御することが知られている。本研究では、単分子顕微鏡を用いて、実際にDNA結合タンパク質がDNA上の動きを可視化することで、分子レベルでのメカニズムを解明した。また、DNA結合タンパク質の標的DNA配列への結合が阻害されると、様々な疾患になることも知られている。将来的に、本研究で明らかとなったDNA結合タンパク質の機能メカニズムを用いて、DNA結合タンパク質の関わる創薬研究が期待される。

研究成果

• [国際共同研究] カリフォルニア大学ロサンゼルス校(米国) (2020)
  • 年月日: 2020-02-19
• [国際共同研究] カリフォルニア大学ロサンゼルス校(米国) (2017)
  • 年月日: 2017-08-06
• [雑誌論文] Liquid-like droplet formation by tumor suppressor p53 induced by multivalent electrostatic interactions between two disordered domains (2020)
  • 著者名/発表者名: Kamagata Kiyoto、Kanbayashi Saori、Honda Masaya、Itoh Yuji、Takahashi Hiroto、Kameda Tomoshi、Nagatsugi Fumi、Takahashi Satoshi
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 10 号: 1 ページ: 580-580
  • DOI: 10.1038/s41598-020-57521-w
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] How p53 molecules solve the target DNA search problem (2020)
  • 著者名/発表者名: Kamagata, K., Itoh, Y., Subekti, D.R.G.
  • 雑誌名: International Journal of Molecular Sciences 巻: 21 号: 3 ページ: 1-13
  • DOI: 10.3390/ijms21031031
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] がん抑制タンパク質p53はどのように標的DNA配列探索問題を解いているのか？ (2019)
  • 著者名/発表者名: 鎌形 清人、伊藤 優志, Dwiky Rendra Graha Subekti
  • 雑誌名: 日本物理学会誌 巻: 74 号: 7 ページ: 472-475
  • DOI: 10.11316/butsuri.74.7_472
  • NAID: 130007761032
  • ISSN: 0029-0181, 2423-8872
  • 年月日: 2019-07-05
  • 査読あり
• [雑誌論文] The mechanosensitive channel YbdG from Escherichia coli has a role in adaptation to osmotic up-shock. (2019)
  • 著者名/発表者名: Shun Amemiya, Hayato Toyoda, Mami Kimura, Hiromi Saito, Hiroshi Kobayashi, Kunio Ihara 3 , Kiyoto Kamagata 4 , Ryuji Kawabata 5 , Setsu Kato, Yutaka Nakashimada, Tadaomi Furuta, Shin Hamamoto, Nobuyuki Uozumi
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: 294 (33) 号: 33 ページ: 12281-12292
  • DOI: 10.1074/jbc.ra118.007340
  • 査読あり
• [雑誌論文] Rational design using sequence information only produces a peptide that binds to the intrinsically disordered region of p53 (2019)
  • 著者名/発表者名: Kamagata Kiyoto、Mano Eriko、Itoh Yuji、Wakamoto Takuro、Kitahara Ryo、Kanbayashi Saori、Takahashi Hiroto、Murata Agato、Kameda Tomoshi
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 9 号: 1 ページ: 8584-8584
  • DOI: 10.1038/s41598-019-44688-0
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] DNA・タンパク質の複合系の単分子計測 (2020)
  • 著者名/発表者名: 鎌形清人
  • 学会等名: 核酸科学懇談会2020
  • 招待講演
• [学会発表] がん抑制タンパク質はどのように標的 DNA 探索問題を解くのか? ー単分子計測的アプローチー (2020)
  • 著者名/発表者名: 鎌形清人
  • 学会等名: DNA損傷・修復と高強度レーザー化学の交差点
  • 招待講演
• [学会発表] RATIONAL DESIGN OF PEPTIDE TARGETING INTRINSICALLY DISORDERED PROTEIN p53 -REGULATION OF FUNCTION AND PHASE SEPARATION. (2020)
  • 著者名/発表者名: Kiyoto Kamagata, Ryo Kitahara, Tomoshi Kameda
  • 学会等名: 64th Annual Meeting of the Biological Society
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] TRANSIENT BINDING AND NON-ROTATIONAL COUPLED MOTION OF P53 REVEALED BY SUB-MILLISECOND RESOLVED SINGLE-MOLECULE FLUORESCENCE TRACKING. (2020)
  • 著者名/発表者名: Dwiky R.G. Subekti, Satoshi Takahashi, Kiyoto Kamagata
  • 学会等名: 64th Annual Meeting of the Biological Society
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 天然変性タンパク質p53は液-液相分離するのか？ (2019)
  • 著者名/発表者名: 鎌形清人
  • 学会等名: 第2回LLPS研究会
  • 招待講演
• [学会発表] 天然変性タンパク質p53を標的としたペプチドの人工設計－液液相分離の制御－ (2019)
  • 著者名/発表者名: 鎌形清人, 間野絵梨子, 伊藤優志, 上林さおり, 本多優也, 北原亮, 亀田倫史
  • 学会等名: 第19回蛋白質科学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] がん抑制タンパク質p53の液液相分離と人工設計ペプチドによる制御 (2019)
  • 著者名/発表者名: 鎌形清人
  • 学会等名: 大阪大学蛋白研セミナー・第３回LLPS研究会
  • 招待講演
• [学会発表] Rational design of peptide targeting intrinsically disordered protein p53 -regulation of function and phase-phase separation- (2019)
  • 著者名/発表者名: 鎌形清人
  • 学会等名: 第57回日本生物物理学会年会
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] How does tumor suppressor p53 search for target DNA sequence? -single molecule approach- (2019)
  • 著者名/発表者名: 鎌形清人
  • 学会等名: 第43回日本分子生物学会年会
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Current trend of phase separation (2019)
  • 著者名/発表者名: Kameda T, Kurumida Y, Nakamichi N, Ikeda K, Kitahara R, Kamagata K
  • 学会等名: 第57回日本生物物理学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] DNAオリガミ技術を用いたDNA結合タンパク質の機能解析法の開発 (2019)
  • 著者名/発表者名: 鎌形清人、鈴木勇輝、Reid C. Johnson 、呉以寧
  • 学会等名: アンサンブルリコレクションシンポジウム
• [学会発表] Observation of tumor suppressor p53 ssearch dynamics using sub-millisecond resolverd Ssingle-molecule fluorescence microscopy (2019)
  • 著者名/発表者名: Dwiky R.G. Subekti, Agato Murata, Yuji Itoh, Satoshi Takahashi, Kiyoto Kamagata
  • 学会等名: 第57回日本生物物理学会年会
• [学会発表] Engeneering of gemone editing protein Cas9 that slides along DNA faster and might eneble efficient target search (2019)
  • 著者名/発表者名: Dwiky R.G. Subekti, Satoshi Takahashi, Kiyoto Kamagata
  • 学会等名: 第57回日本生物物理学会年会
• [学会発表] Observation of Tumor Suppressor p53 Search Dynamics using Sub-millisecond Resolved Single-molecule Fluorescence Microscopy (2019)
  • 著者名/発表者名: Dwiky R.G. Subekti, Agato Murata, Yuji Itoh, Satoshi Takahashi, Kiyoto Kamagata
  • 学会等名: 第19回東北大学多元物質科学研究所研究発表会
• [備考] がん抑制タンパク質p53の天然変性領域を標的としたペプチドの人工設計（プレスリリース）
  • URL: https://www.tohoku.ac.jp/japanese/2019/07/press20190628-01-pepuchido.html
• [備考] がん抑制タンパク質p53の液滴形成現象の発見 ― がん抑制機構の解明に期待 ―（プレスリリース）
  • URL: https://www.tohoku.ac.jp/japanese/2020/01/press20200120-01-p53.html