グアニン四重鎖によるヌクレオソーム構造制御機構の解明

• 研究課題/領域番号: 17K05930
• 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: 生体関連化学
• 研究機関: 静岡大学
• 研究代表者: 大吉 崇文 静岡大学, 理学部, 准教授 (80406529)
• 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: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円); 2019年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2018年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2017年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
• キーワード: グアニン四重鎖 / ヌクレオソーム / テロメア / ヒストン修飾 / RGG領域 / DNA構造 / DNA結合タンパク質 / エピジェネティクス / 核酸結合タンパク質 / ヘテロクロマチン

研究成果の概要

グアニン四重鎖（G4）結合タンパク質であるTLS/FUSは、アルギニンーグリシンーグリシン繰り返し領域（RGG領域）依存的にテロメアに結合してヘテロクロマチン化することで、テロメアからの転写を抑制することがわかった。さらに、このRGG領域の二次構造とG4結合性との関係を調べた結果、β-スパイラル構造依存的にG4に結合することがわかった。さらに、G4結合タンパク質中のRGG領域とRRM領域のG4結合性と構造制御の機構を調べた結果、RGG領域中のフェニルアラニンはG4結合性とG4の安定化に寄与しており、RRM領域はG4構造の5’と3’末端の１本鎖に結合して、G4構造を安定化させることがわかった。

研究成果の学術的意義や社会的意義

遺伝情報を有するDNAやRNAは、単純な１本鎖や典型的な右巻き二本鎖構造だけでなく、細胞内でさまざまな局所構造を形成している。特に、染色体末端構造のテロメアや特定の遺伝子のグアニン塩基が豊富なDNAは、グアニン四重鎖構造を形成して、現代の高齢化社会で問題になっているガンや神経性疾患に関わることが知られている。本研究では、このような疾患に関わっているグアニン四重鎖に結合するタンパク質の機能と構造的特徴、さらにグアニン四重鎖認識機構を明らかにした。これらの結果は、グアニン四重鎖が関わる疾患機構の解明につながるだけでなく、グアニン四重鎖構造を標的とする薬剤の開発に大きく貢献できると考えられる。

研究成果

• [雑誌論文] RNA sequence and length contribute to RNA-induced conformational change of TLS/FUS (2020)
  • 著者名/発表者名: Hamad Nesreen、Mashima Tsukasa、Yamaoki Yudai、Kondo Keiko、Yoneda Ryoma、Oyoshi Takanori、Kurokawa Riki、Nagata Takashi、Katahira Masato
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 10 号: 1 ページ: 2629-2629
  • DOI: 10.1038/s41598-020-59496-0
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Roles of the RGG Domain and RNA Recognition Motif of Nucleolin in G-Quadruplex Stabilization (2020)
  • 著者名/発表者名: Masuzawa Tatsuki、Oyoshi Takanori
  • 雑誌名: ACS Omega 巻: 5 号: 10 ページ: 5202-5208
  • DOI: 10.1021/acsomega.9b04221
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Modulation of histone modifications and G-quadruplex structures by G-quadruplex-binding proteins (2020)
  • 著者名/発表者名: Oyoshi Takanori、Masuzawa Tatsuki
  • 雑誌名: Biochemical and Biophysical Research Communications 巻: - 号: 1 ページ: 39-44
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2020.02.178
  • 査読あり
• [雑誌論文] Isolation and structure determination of a new cytotoxic peptide, curacozole, from Streptomyces curacoi based on genome mining. (2019)
  • 著者名/発表者名: Kaweewan, I., Komaki, H., Hemmi, H., Hoshino, K., Hosaka, T., Isokawa, G., Oyoshi, T., and Kodani, S.
  • 雑誌名: J Antibiot 巻: 72 号: 1 ページ: 1-7
  • DOI: 10.1038/s41429-018-0105-4
  • 査読あり
• [雑誌論文] G-quadruplex Binding Ability of TLS/FUS Depends on the β-Spiral Structure of the RGG Domain. (2018)
  • 著者名/発表者名: Yagi, R., Miyazaki, T., and Oyoshi, T.
  • 雑誌名: Nucleic Acids Research 巻: 46 号: 12 ページ: 5894-5901
  • DOI: 10.1093/nar/gky391
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Multiplicity in Long Noncoding RNA Biomedical Sciences (2018)
  • 著者名/発表者名: 3.R. Kurokawa, R. Komiya, T. Oyoshi, Y. Matsuno, H. Tani, M. Katahira, K. Hitachi, Y. Iwashita, T. Yamashita, K. Kondo, R. Yoneda, Y. Yamaoki, N. Ueda, T. Mashima, N. Kobayashi, T. Nagata, A. Kiyoishi, M. Miyake, F. Kano, M. Murata1, N. Hamad, K. Sasaki, N. Shoji
  • 雑誌名: Biomedical Sciences 巻: 4 号: 2 ページ: 18-23
  • DOI: 10.11648/j.bs.20180402.11
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Plastic roles of phenylalanine and tyrosine residues of TLS/FUS in complex formation with the G-quadruplexes of telomeric DNA and TERRA (2018)
  • 著者名/発表者名: Kondo Keiko、Mashima Tsukasa、Oyoshi Takanori、Yagi Ryota、Kurokawa Riki、Kobayashi Naohiro、Nagata Takashi、Katahira Masato
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 8 号: 1 ページ: 2864-2864
  • DOI: 10.1038/s41598-018-21142-1
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] G-quadruplex Binding Ability of TLS/FUS Depends on the β-Spiral Structure of the RGG Domain (2018)
  • 著者名/発表者名: Yagi, R., Miyazaki, T., Oyoshi, T.
  • 雑誌名: Nucleic Acids Research 巻: 印刷中
  • 査読あり
• [雑誌論文] Bcl-XL-binding helical peptides possessing D-Ala residues at their C-termini with the advantage of long-lasting intracellular stabilities. (2017)
  • 著者名/発表者名: Nogami, K., Tokumaru, H., Isokawa, G., Oyoshi, T., Fujimoto, K., and Inouye, M
  • 雑誌名: ChemComm 巻: 53 号: 89 ページ: 12104-12107
  • DOI: 10.1039/c7cc06904a
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Simple and Sensitive 19F NMR Approach for Studying the Interaction of RNA G-Quadruplex with Ligand Molecule and Protein (2017)
  • 著者名/発表者名: H. L. Bao, T. Ishizuka, A. Iwanami, T. Oyoshi, Y. Xu*
  • 雑誌名: ChemistrySelect 巻: － 号: 15 ページ: 4170-4175
  • DOI: 10.1002/slct.201700711
  • 査読あり
• [雑誌論文] Epigenetics regulated by DNA damage repair protein TLS/FUS (2017)
  • 著者名/発表者名: Oyoshi, T., and Kino, K.
  • 雑誌名: Radiation Biology Research Communications 巻: 52 ページ: 227-238
  • NAID: 40021362455
  • 査読あり
• [学会発表] メチル化によって制御されるTLS/FUSのRGG領域の核酸結合性の解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 大吉崇文、増澤樹、八木涼太、河合信之輔
  • 学会等名: 日本化学会第100春季年会
• [学会発表] RGGモチーフによるグアニン四重鎖RNA凝集体形成機構 (2019)
  • 著者名/発表者名: 大吉崇文、増澤樹、岩波文佳
  • 学会等名: 第13回バイオ関連化学シンポジウム
• [学会発表] Is DNA a double-stranded helix? -The relationship between DNA local conformations and epigenetics- (2019)
  • 著者名/発表者名: 大吉崇文
  • 学会等名: 第60回歯工学連携講演会
  • 招待講演
• [学会発表] Arg-Gly-Gly繰り返し領域によって制御される非ワトソンクリック型核酸の機能 (2018)
  • 著者名/発表者名: 大吉崇文
  • 学会等名: 有用物質合成研究会
  • 招待講演
• [学会発表] グアニン四重鎖結合タンパク質によるエピジェネティクス制御機構 (2018)
  • 著者名/発表者名: 大吉崇文
  • 学会等名: 第41回日本分子生物学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] 非ワトソン・クリック型塩基対が広げる遺伝情報 (2018)
  • 著者名/発表者名: 大吉崇文
  • 学会等名: 日本薬学会東海支部講演会
  • 招待講演
• [学会発表] RGG繰り返し領域の核酸結合性の制御機構 (2017)
  • 著者名/発表者名: 大吉崇文
  • 学会等名: 第12回バイオ関連化学シンポジウム
• [学会発表] グアニン四重鎖DNAとRNAに特異的に結合するタンパク質の開発 (2017)
  • 著者名/発表者名: 大吉崇文
  • 学会等名: 日本ケミカルバイオロジー学会 第１２回年会
• [備考] 大吉研究室
  • URL: https://wwp.shizuoka.ac.jp/oyoshilaboratory/
• [備考] 静岡大学理学部大吉研究室
  • URL: https://wwp.shizuoka.ac.jp/oyoshilaboratory/
• [備考] 静岡大学教員データベース
  • URL: http://tdb.shizuoka.ac.jp/ResearcherDB/public/Default2.aspx?id=11049&l=0