精製と結晶化が極めて困難な細胞機能継承因子CAF-I複合体の構造と機能の研究

• 研究課題/領域番号: 17H06264
• 研究種目: 挑戦的研究(開拓)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 生体の構造と機能およびその関連分野
• 研究機関: 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構
• 研究代表者: 千田 俊哉 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 教授 (30272868)
• 研究期間 (年度): 2017-06-30 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 24,700千円 (直接経費: 19,000千円、間接経費: 5,700千円); 2019年度: 7,150千円 (直接経費: 5,500千円、間接経費: 1,650千円); 2018年度: 7,150千円 (直接経費: 5,500千円、間接経費: 1,650千円); 2017年度: 10,400千円 (直接経費: 8,000千円、間接経費: 2,400千円)
• キーワード: 構造生物学 / クロマチン / 複製 / 複合体 / 遺伝子 / 発現制御 / ゲノム / ゲノム

研究成果の概要

CAF-I複合体の大量精製系の確立を達成し、クライオ電子顕微鏡での観察を行なった。その結果、CAF-I複合体がグリッド作製中に解離してしまうことが示唆された。続いて、架橋剤による安定化を試み、架橋+ゲル濾過の実験を行なったが、適切な条件を見出すことができなかった。ここで、CAF-IとヒストンH3/H4の解離定数がナノモーラーオーダーであり、H3/H4の結合はCAF-Iを安定化することが期待されることから、両者を混ぜてゲル濾過カラムを通したところ、高純度のCAF-I-H3/H4複合体を得ることができた。現在、クライオ電顕による観察を進行中であるが、いまだ明瞭な粒子像は得られていない。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究計画が対象とするCAF-I複合体は、細胞が獲得した機能を維持する役割を果たす。ということは、CAF-I複合体の機能を阻害することができれば、細胞機能をリセットできる可能性がある。iPS細胞では、転写反応を制御することで細胞機能をリセットし、多能性幹細胞を創出しているが、CAF-I複合体の阻害は複製反応を制御することになる。本研究の目的が達成されれば、これまでとは全く異なる原理によって多能性幹細胞を創出できることが期待される。

研究成果

• [雑誌論文] Crystallographic and cryogenic electron microscopic structures and enzymatic characterization of sulfur oxygenase reductase from Sulfurisphaera tokodaii (2020)
  • 著者名/発表者名: Yuta Sato, Takashi Yabuki, Naruhiko Adachi, Toshio Moriya, Takatoshi Arakawa, Masato Kawasaki, Chihaya Yamada, Toshiya Senda, Shinya Fushinobu, Takayoshi Wakagi
  • 雑誌名: bioRxiv 巻: -
  • DOI: 10.1101/2020.05.03.074773
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] An integrated approach to unravel a crucial structural property required for the function of the insect steroidogenic Halloween protein Noppera-bo. (2020)
  • 著者名/発表者名: Koiwai K, Inaba K, Morohashi K, Enya S, Arai R, Kojima H, Okabe T, Fujikawa Y, Inoue H, Yoshino R, Hirokawa T, Kato K, Fukuzawa K, Shimada-Niwa Y, Nakamura A, Yumoto F, Senda T, Niwa R.
  • 雑誌名: J Biol Chem. 巻: - 号: 20 ページ: 7154-7167
  • DOI: 10.1074/jbc.ra119.011463
  • NAID: 120007165465
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] How Does a Microbial Rhodopsin RxR Realize Its Exceptionally High Thermostability with the Proton-Pumping Function Being Retained? (2020)
  • 著者名/発表者名: Hayashi Tomohiko、Yasuda Satoshi、Suzuki Kano、Akiyama Tomoki、Kanehara Kanae、Kojima Keiichi、Tanabe Mikio、Kato Ryuichi、Senda Toshiya、Sudo Yuki、Murata Takeshi、Kinoshita Masahiro
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry B 巻: 124 号: 6 ページ: 990-1000
  • DOI: 10.1021/acs.jpcb.9b10700
  • 査読あり
• [雑誌論文] Crystal structures of fukutin-related protein (FKRP), a ribitol-phosphate transferase related to muscular dystrophy. (2020)
  • 著者名/発表者名: Kuwabara N, Imae R, Manya H, Tanaka T, Mizuno M, Tsumoto H, Kanagawa M, Kobayashi K, Toda T, Senda T, Endo T, Kato R.
  • 雑誌名: Nat Commun. 巻: 11 号: 1 ページ: 303-303
  • DOI: 10.1038/s41467-019-14220-z
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Functional activity of the H3.3 histone chaperone complex HIRA requires trimerization of the HIRA subunit. (2018)
  • 著者名/発表者名: Ray-Gallet D, Ricketts MD, Sato Y, Gupta K, Boyarchuk E, Senda T, Marmorstein R, Almouzni G.
  • 雑誌名: Nat Commun. 巻: 9(1) 号: 1 ページ: 3103-3103
  • DOI: 10.1038/s41467-018-05581-y
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Structural and computational bases for dramatic skeletal rearrangement in anditomin biosynthesis (2018)
  • 著者名/発表者名: Nakashima, Y., Mitsuhashi, T., Matsuda, Y., Senda, M., Sato, H., Yamazaki, M., Uchiyama, M., Senda, T. & Abe, I.
  • 雑誌名: JACS 巻: 140 号: 30 ページ: 9743-9750
  • DOI: 10.1021/jacs.8b06084
  • 査読あり
• [雑誌論文] Crystal structure of the nitrosuccinate lyase CreD in complex with fumarate provides insights into the catalytic mechanism for nitrous acid elimination. (2018)
  • 著者名/発表者名: Katsuyama Y, Sato Y, Sugai Y, Higashiyama Y, Senda M, Senda T, Ohnishi Y.
  • 雑誌名: FEBS J. 巻: 285(8) 号: 8 ページ: 1540-1555
  • DOI: 10.1111/febs.14429
  • 査読あり
• [雑誌論文] Crystal structure of the DNA-binding domain of the LysR-type transcriptional regulator CbnR in complex with a DNA fragment of the recognition-binding site in the promoter region. (2018)
  • 著者名/発表者名: Koentjoro MP, Adachi N, Senda M, Ogawa N, Senda T.
  • 雑誌名: FEBS J. 巻: 285(5) 号: 5 ページ: 977-989
  • DOI: 10.1111/febs.14380
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Structure function and engineering of multifunctional non-heme iron dependent oxygenases in fungal meroterpenoid biosynthesis (2018)
  • 著者名/発表者名: Nakashima Yu、Mori Takahiro、Nakamura Hitomi、Awakawa Takayoshi、Hoshino Shotaro、Senda Miki、Senda Toshiya、Abe Ikuro
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 9 号: 1 ページ: 1-10
  • DOI: 10.1038/s41467-017-02371-w
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Leading role of TBP in the Establishment of Complexity in Eukaryotic Transcription Initiation Systems (2017)
  • 著者名/発表者名: Kawakami Eiryo、Adachi Naruhiko、Senda Toshiya、Horikoshi Masami
  • 雑誌名: Cell Reports 巻: 21 号: 13 ページ: 3941-3956
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2017.12.034
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] クライオ電子顕微鏡:気になっていること・困っていること@KEK (2019)
  • 著者名/発表者名: 安達成彦
  • 学会等名: 日本顕微鏡学会・第75回学術講演会(口頭発表)(招待講演)
  • 招待講演
• [学会発表] Structure analysis of transcription related complexes and installation of cryo-EM in KEK (2019)
  • 著者名/発表者名: 安達成彦
  • 学会等名: 第19回日本蛋白質科学会年会・第71回日本細胞生物学会大会 合同年次大会(口頭発表)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] クライオ電子顕微鏡で生体分子の形を明らかにする (2019)
  • 著者名/発表者名: 安達成彦
  • 学会等名: KEK公開講座「生物学におけるクライオ電子顕微鏡」(口頭発表)
  • 招待講演
• [学会発表] Structure analysis of transcription related complexes and installation of cryo-EM in KEK (2019)
  • 著者名/発表者名: Naruhiko Adachi, Masato Kawasaki, Toshio Moriya, Fumiaki Yumoto, Kotaro Koiwai, Akira Shinoda, Yusuke Yamada, Toshiya Senda
  • 学会等名: The 2019 American Crystallographic Association Annual Meeting(ポスター発表)
  • 国際学会
• [学会発表] 単粒子解析の原理と実際:KEKにおける共同利用型クライオ電子顕微鏡の立ち上げを例として (2019)
  • 著者名/発表者名: 安達成彦
  • 学会等名: 日本プロテオーム学会2019年大会・第70回日本電気泳動学会総会(口頭発表)
  • 招待講演
• [学会発表] Structure analysis of transcription related complexes and installation of cryo-EM in KEK (2019)
  • 著者名/発表者名: Naruhiko Adachi, Masato Kawasaki, Toshio Moriya, Fumiaki Yumoto, Kotaro Koiwai, Akira Shinoda, Yusuke Yamada, Toshiya Senda
  • 学会等名: Cold Spring Harbor Laboratory meeting, Mechanisms of eukaryotic transcription(ポスター発表)
  • 国際学会
• [学会発表] KEKクライオ電顕の現状 (2019)
  • 著者名/発表者名: 千田俊哉・安達成彦・川崎政人・守屋俊夫・山田悠介・篠田晃・小祝孝太郎
  • 学会等名: 生理研研究会「クライオ電子顕微鏡によるタンパク質の高分解能単粒子構造解析」
  • 招待講演
• [学会発表] KEKにおけるクライオ電顕施設の紹介 (2019)
  • 著者名/発表者名: 千田俊哉・安達成彦・川崎政人・守屋俊夫・山田悠介・篠田晃・小祝孝太郎
  • 学会等名: 第42回日本分子生物学会年会(口頭発表)
  • 招待講演
• [学会発表] マルチサブユニット複合体の研究とKEKクライオ電子顕微鏡の現状 (2019)
  • 著者名/発表者名: 安達成彦, 千田俊哉
  • 学会等名: 蛋白研セミナー（第1回構造生命科学研究会）
  • 招待講演
• [学会発表] Structural Biology Research Center. (2018)
  • 著者名/発表者名: 千田俊哉
  • 学会等名: 千葉大-KEK第1回合同シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] Study of GTP sensor -importance of interdisiuplinary collaboration. (2018)
  • 著者名/発表者名: 千田俊哉
  • 学会等名: International Symposium of Quantum Beam Science
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 創薬等先端技術支援基盤プラットフォームにおけるクライオ 電子顕微鏡のネットワーク化と利用について (2018)
  • 著者名/発表者名: 千田俊哉
  • 学会等名: Study of GTP sensor importance of interdisiuplinary collaboration
  • 招待講演
• [学会発表] ヒストンシャペロンHIRA の構造機能相関 (2018)
  • 著者名/発表者名: 佐藤優花里、千田俊哉
  • 学会等名: 第18回日本蛋白質科学会年会
• [学会発表] Leading role of TBP in the establishment of complexity in eukaryotic transcription initiation systems. (2018)
  • 著者名/発表者名: Naruhiko Adachi, Eiryo Kawakami, Toshiya Senda, Masami Horikoshi
  • 学会等名: The 18th Annual meeting of PSSJ
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Structure-based integrated approach for analysis of the GTP metabolism. (2018)
  • 著者名/発表者名: Toshiya Senda
  • 学会等名: American Crystallographic Association (ACA) 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Leading role of TBP in the establishment of complexity in eukaryotic transcription initiation systems (2018)
  • 著者名/発表者名: Naruhiko Adachi, Eiryo Kawakami, Toshiya Senda, Masami Horikoshi
  • 学会等名: Cold Spring Harbor Laboratory Meeting: Epigenetics & Chromatin
  • 国際学会
• [学会発表] KEKクライオ電顕の立ち上げと単粒子解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 安達成彦, 川崎政人, 小祝孝太郎, 湯本史明, 守屋俊夫, 篠田晃, 山田悠介, 千田俊哉
  • 学会等名: 生理研研究会
• [学会発表] Improved method for soluble expression and rapid purification of yeast TFIIA (2017)
  • 著者名/発表者名: Naruhiko Adachi, Kyohei Aizawa, Yuka Kratzer, Shinya Saijo, Nobutaka Shimizu, Toshiya Senda
  • 学会等名: Cold Spring Harbor Lab meeting, MECHANISMS OF EUKARYOTIC TRANSCRIPTION
  • 国際学会
• [図書] 実験医学増刊・イメージング時代の構造生命科学 (2020)
  • 著者名/発表者名: 安達成彦、千田俊哉
  • 総ページ数: 6
  • 出版者: 羊土社
• [備考] 高エネルギー加速器研究機構・物質構造科学研究所・構造生物学研究センター
  • URL: https://www2.kek.jp/imss/sbrc/
• [備考] 高エネルギー加速器研究機構・物質構造科学研究所・構造生物学研究センター
  • URL: http://www2.kek.jp/imss/sbrc/