高次クロマチン構造の確立と維持を制御する分子機構

• 研究課題/領域番号: 17H03713
• 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: 基礎生物学研究所
• 研究代表者: 中山 潤一 基礎生物学研究所, クロマチン制御研究部門, 教授 (60373338)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円); 2019年度: 5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円); 2018年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円); 2017年度: 6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円)
• キーワード: 遺伝子 / 発現制御 / ヘテロクロマチン / 分裂酵母 / ユビキチン化 / ユビキチン

研究成果の概要

本研究では分裂酵母のヒストンメチル化酵素複合体CLRCに着目し、ヘテロクロマチンの形成とユビキチン化との関連を検討した。先行する研究でCLRCがヒストンH3を特異的にユビキチン化すること、またユビキチン化によってClr4のメチル化活性が促進されることを見出していた。本研究では、それらの分子機構をさらに詳細に解析し、1）Clr4のN末端領域がユビキチン化されたH3の認識に重要なこと、2）N末端のクロモドメイン近傍領域を欠損させたClr4変異体ではヘテロクロマチンのサイレンシングが解除されること、3）CLRCとの相互作用にはClr4のC末端領域が重要なこと、をそれぞれ明らかにした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

真核細胞の染色体に存在するヘテロクロマチンは、染色体の機能やゲノム恒常性の維持、エピジェネティックな遺伝子発現に重要な役割を果たしている。ヒストンのメチル化修飾はヘテロクロマチンの重要なマークであり、そのメチル化修飾の制御機構を明らかにする研究は高次生命現象を理解する上で重要な課題である。本研究は、ヒストンのメチル化酵素の制御にユビキチン化が関わることを明らかにした画期的な成果である。

研究成果

• [国際共同研究] Karolinska Institutet(スウェーデン)
• [国際共同研究] Uppsala University(スウェーデン)
• [雑誌論文] H3K14 ubiquitylation promotes H3K9 methylation for heterochromatin assembly (2019)
  • 著者名/発表者名: Oya Eriko、Nakagawa Reiko、Yoshimura Yuriko、Tanaka Mayo、Nishibuchi Gohei、Machida Shinichi、Shirai Atsuko、Ekwall Karl、Kurumizaka Hitoshi、Tagami Hideaki、Nakayama Jun‐ichi
  • 雑誌名: EMBO reports 巻: 20 号: 10
  • DOI: 10.15252/embr.201948111
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Leo1 is essential for the dynamic regulation of heterochromatin and gene expression during cellular quiescence (2019)
  • 著者名/発表者名: Eriko Oya, Mickael Durand-Dubief, Adiel Cohen, Vladimir Maksimov, Catherine Schurra, Jun-ichi Nakayama, Ronit Weisman, Benoit Arcangioli, Karl Ekwall
  • 雑誌名: Epigenetics & Chromatin 巻: 12 号: 1 ページ: 45-45
  • DOI: 10.1186/s13072-019-0292-7
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] RNAi-dependent heterochromatin assembly in fission yeast Schizosaccharomyces pombe requires heat-shock molecular chaperones Hsp90 and Mas5. (2018)
  • 著者名/発表者名: Okazaki K, Kato H, Iida T, Shinmyozu K, Nakayama JI, Murakami Y, Urano T.
  • 雑誌名: Epigenetics & Chromatin 巻: 11 号: 1 ページ: 26-26
  • DOI: 10.1186/s13072-018-0199-8
  • NAID: 120006651232
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The binding of Chp2's chromodomain to methylated H3K9 is essential for Chp2's role in heterochromatin assembly in fission yeast. (2018)
  • 著者名/発表者名: Vladimir Maksimov, Eriko Oya, Mayo Tanaka, Takayuki Kawaguchi, Aki Hachisuka, Karl Ekwall, Pernilla Bjerling, Jun-ichi Nakayama
  • 雑誌名: PLoS One 巻: 13 号: 8 ページ: e0201101-e0201101
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0201101
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Meiosis‐specific cohesin component, Rec8, promotes the localization of Mps3 SUN domain protein on the nuclear envelope (2018)
  • 著者名/発表者名: Bommi Jagadeeswara Rao、Rao Hanumanthu Bala Durga Prasada、Challa Kiran、Higashide Mika、Shinmyozu Kaori、Nakayama Jun‐ichi、Shinohara Miki、Shinohara Akira
  • 雑誌名: Genes to Cells 巻: 24 号: 1 ページ: 94-106
  • DOI: 10.1111/gtc.12653
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural Basis of Heterochromatin Formation by Human HP1 (2018)
  • 著者名/発表者名: Shinichi Machida, Yoshimasa Takizawa, Masakazu Ishimaru, Yukihiko Sugita, Satoshi Sekine, Jun-ichi Nakayama, Matthias Wolf, Hitoshi Kurumizaka
  • 雑誌名: Molecular Cell 巻: 69 ページ: 385-397
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 分裂酵母のヘテロクロマチンを制御するヒストン修飾のクロストーク (2019)
  • 著者名/発表者名: 大屋恵梨子、中川れい子、吉村ゆり子、田中万葉、西淵剛平、町田晋一、胡桃坂仁志、田上英明、中山潤一
  • 学会等名: 日本遺伝学会第91回大会
  • 招待講演
• [学会発表] ヘテロクロマチン構造形成に関わるヒストン修飾酵素複合体の機能解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 蜂須賀亜紀、沖昌也、中山潤一
  • 学会等名: 日本遺伝学会第91回大会
• [学会発表] Impact of nucleic acid and methylated H3K9 binding activities of Suv39h1 in heterochromatin assembly (2018)
  • 著者名/発表者名: Jun-ichi Nakayama
  • 学会等名: Chromatin Meets Epigenetics: From Organization To Function KAUST
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ヒストンのメチル化修飾による高次クロマチン形成の分子機構 (2017)
  • 著者名/発表者名: 中山潤一
  • 学会等名: ConBio2017
  • 招待講演