修飾ヌクレオソームの質量分析による構造生物学

• 研究課題/領域番号: 17K07313
• 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: 構造生物化学
• 研究機関: 横浜市立大学
• 研究代表者: 明石 知子 横浜市立大学, 生命医科学研究科, 教授 (10280728)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020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); 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: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円); 2017年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
• キーワード: 質量分析 / ヌクレオソームコア粒子 / 構造解析 / 蛋白質 / 生体分子 / 分析科学

研究成果の概要

DNAのメチル化やヒストンのアセチル化等の修飾により引き起こされるヒストンテイルを含めたヌクレオソームの構造変化、そしてDNA配列に起因するヌクレオソームの安定性の違いを明らかにするため、質量分析やX線小角散乱などを用いて構造研究を行った。修飾ヌクレオソームの解析では、異なる長さのDNAを用いてモノ～ジヌクレオソームを調製し、生体における”beads-on-a-string”に近づけた解析も行った。また結晶構造解析が行われていない特殊な配列を有するDNAで作成したNCPの物理化学的な特性解析を行った。約400塩基対程度のDNAであればメチル化反応の進行程度を確実に決定する方法を確立した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

極めて多くのサイトがメチル化されたDNAを用いて再構成されたDNAの構造解析のための要素技術を質量分析を駆使して開発できたことは、エピゲノム科学研究の基盤構築に貢献できると考えられる。特に、今後クライオ電顕による構造解析を組み合わせることで、このような研究が大幅に進展すると考えられるが、そのための準備段階として、有用な知見が得られた。

研究成果

• [雑誌論文] Structural plasticity of a designer protein sheds light on β‐propeller protein evolution (2021)
  • 著者名/発表者名: Mylemans Bram、Laier Ina、Kamata Kenichi、Akashi Satoko、Noguchi Hiroki、Tame Jeremy R. H.、Voet Arnout R. D.
  • 雑誌名: The FEBS Journal 巻: 288 号: 2 ページ: 530-545
  • DOI: 10.1111/febs.15347
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Mass Spectrometric Characterization of Histone H3 Isolated from <i>in-Vitro</i> Reconstituted and Acetylated Nucleosome Core Particle (2020)
  • 著者名/発表者名: Kazumi Saikusa, Haruna Hidaka, Shunsuke Izumi, Satoko Akashi
  • 雑誌名: Mass Spectrometry 巻: 9 号: 1 ページ: A0090-A0090
  • DOI: 10.5702/massspectrometry.A0090
  • NAID: 130007933311
  • ISSN: 2186-5116, 2187-137X
  • 年月日: 2020-10-31
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Screening of protein-ligand interactions under crude conditions by native mass spectrometry (2020)
  • 著者名/発表者名: Takano Kotaro、Arai Shunsuke、Sakamoto Seiji、Ushijima Hiroshi、Ikegami Takahisa、Saikusa Kazumi、Konuma Tsuyoshi、Hamachi Itaru、Akashi Satoko
  • 雑誌名: Analytical and Bioanalytical Chemistry 巻: 412 号: 17 ページ: 4037-4043
  • DOI: 10.1007/s00216-020-02649-x
  • 査読あり
• [雑誌論文] Native Mass Spectrometry of Protein and DNA Complexes Prepared in Nonvolatile Buffers (2020)
  • 著者名/発表者名: Saikusa Kazumi、Kato Daiki、Nagadoi Aritaka、Kurumizaka Hitoshi、Akashi Satoko
  • 雑誌名: Journal of the American Society for Mass Spectrometry 巻: 31 号: 3 ページ: 711-718
  • DOI: 10.1021/jasms.9b00145
  • 査読あり
• [雑誌論文] Application of the NZ-1 Fab as a crystallization chaperone for PA tag-inserted target proteins (2019)
  • 著者名/発表者名: Tamura Risako、Oi Rika、Akashi Satoko、Kaneko Mika K.、Kato Yukinari、Nogi Terukazu
  • 雑誌名: Protein Science 巻: 23 号: 4 ページ: 823-836
  • DOI: 10.1002/pro.3580
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Structural visualization of key steps in nucleosome reorganization by human FACT (2019)
  • 著者名/発表者名: Mayanagi Kouta、Saikusa Kazumi、Miyazaki Naoyuki、Akashi Satoko、Iwasaki Kenji、Nishimura Yoshifumi、Morikawa Kosuke、Tsunaka Yasuo
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 9 号: 1 ページ: 10183-10183
  • DOI: 10.1038/s41598-019-46617-7
  • NAID: 120007133123
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Rapid and Definitive Analysis of In Vitro DNA Methylation by Nano-electrospray Ionization Mass Spectrometry (2019)
  • 著者名/発表者名: Ushijima Hiroshi, Maekawa Rena, Igarashi Eri, Akashi Satoko
  • 雑誌名: Journal of the American Society for Mass Spectrometry 巻: 30 号: 11 ページ: 2335-2346
  • DOI: 10.1007/s13361-019-02304-5
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Photoinduced in Vivo Magnetic Resonance Imaging (MRI) with Rapid CO Release from an MnCO-Protein Needle Composite (2018)
  • 著者名/発表者名: Hyodo Fuminori、Sho Takeya、Maity Basudev、Fujita Kenta、Tachibana Yoko、Akashi Satoko、Mano Megumi、Hishikawa Yuki、Matsuo Masayuki、Ueno Takafumi
  • 雑誌名: Chemistry - A European Journal 巻: 24 号: 45 ページ: 11578-11583
  • DOI: 10.1002/chem.201802445
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural Diversity of Nucleosomes Characterized by Native Mass Spectrometry (2018)
  • 著者名/発表者名: Saikusa Kazumi、Osakabe Akihisa、Kato Daiki、Fuchigami Sotaro、Nagadoi Aritaka、Nishimura Yoshifumi、Kurumizaka Hitoshi、Akashi Satoko
  • 雑誌名: Analytical Chemistry 巻: 90 号: 13 ページ: 8217-8226
  • DOI: 10.1021/acs.analchem.8b01649
  • 査読あり
• [雑誌論文] Methyl-selective isotope labeling using α-ketoisovalerate for the yeast Pichia pastoris recombinant protein expression system (2018)
  • 著者名/発表者名: Suzuki Rika、Sakakura Masayoshi、Mori Masaki、Fujii Moe、Akashi Satoko、Takahashi Hideo
  • 雑誌名: Journal of Biomolecular NMR 巻: 71 号: 4 ページ: 213-223
  • DOI: 10.1007/s10858-018-0192-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] The crystal structure and oligomeric form of Escherichia coli l , d -carboxypeptidase A (2018)
  • 著者名/発表者名: Meyer Karen、Addy Christine、Akashi Satoko、Roper David I.、Tame Jeremy R.H.
  • 雑誌名: Biochemical and Biophysical Research Communications 巻: 499 号: 3 ページ: 594-599
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2018.03.195
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Crystal structure of the overlapping dinucleosome composed of hexasome and octasome (2017)
  • 著者名/発表者名: Daiki Kato, Akihisa Osakabe, Yasuhiro Arimura, Yuka Mizukami, Naoki Horikoshi, Kazumi Saikusa, Satoko Akashi, Yoshifumi Nishimura, Sam-Yong Park, Jumpei Nogami, Kazumitsu Maehara, Yasuyuki Ohkawa, Atsushi Matsumoto, Hidetoshi Kono, Rintaro Inoue, Masaaki Sugiyama, Hitoshi Kurumizaka
  • 雑誌名: Science 巻: 356 号: 6334 ページ: 205-208
  • DOI: 10.1126/science.aak9867
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] 生体内の現象の観測を目指したネイティブ質量分析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 明石知子
  • 学会等名: 第74回イオン反応研究会
  • 招待講演
• [学会発表] 生細胞からサンプリングした試料のネイティブ質量分析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 荒井駿佑，坂本和香，高野航太朗，小沼剛，明石知子
  • 学会等名: 第68回質量分析総合討論会
• [学会発表] イオンモビリティ質量分析と分子シミュレーションのデータ同化によるH2A-H2B二量体の構造解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 七種和美，明石知子，渕上壮太郎
  • 学会等名: 第68回質量分析総合討論会
• [学会発表] ネイティブ質量分析によるSOD1の金属結合の定量解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 田尻道子、畔上奈々子、古川良明、明石知子
  • 学会等名: 第68回質量分析総合討論会
• [学会発表] Reconstitution and structural characterization of di-nucleosome with fully methylated DNA (2020)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Ushijima，Takashi Oda，Takashi Umehara, Tsuyoshi Konuma, Satoko Akashi
  • 学会等名: 第20回日本蛋白質科学会年会
• [学会発表] Structural Stability and Dynamics of NCPs Reconstituted with Diverse DNA Sequences (2020)
  • 著者名/発表者名: Tsuyoshi Konuma, Kohei Hashimoto, Kanako Sato, Satoko Akashi
  • 学会等名: 第20回日本蛋白質科学会年会
• [学会発表] 高メチル化DNAを用いたdi-nucleosomeの再構成と構造解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 牛島弘嗣、小田隆、梅原崇史、小沼剛、明石知子
  • 学会等名: 第93回日本生化学会年会
• [学会発表] ネイティブ質量分析による生命金属科学への挑戦 (2020)
  • 著者名/発表者名: 明石知子、田尻道子、古川良明
  • 学会等名: 第93回日本生化学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] Native mass spectrometry for Bio-Metal Science (2020)
  • 著者名/発表者名: 明石知子
  • 学会等名: 第58回日本生物物理学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] 夾雑環境下で蛋白質複合体を検出するネイティブ質量分析システムの開発 (2020)
  • 著者名/発表者名: 小沼剛、坂本和香、高野航太郎、荒井駿佑、畔上奈々子、坂田優佑、明石知子
  • 学会等名: 第43回日本分子生物学会年会
• [学会発表] Native mass spectrometry of protein-ligand complexes under crude conditions (2020)
  • 著者名/発表者名: Kotaro Takano, Shunsuke Arai, Hiroshi Ushijima, Tsuyoshi Konuma, Kazumi Saikusa, Satoko Akashi
  • 学会等名: The 10th Asian Oceanic Mass Spectrometry Conference (10th AOMSC)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 生理的環境に近い状態で調製されたタンパク質およびDNAのネイティブ質量分析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 高野航太朗，七種和美，小沼剛，明石知子
  • 学会等名: 第67回質量分析総合討論会
• [学会発表] ESI-TOF-MSを用いた簡便で正確なDNAメチル化追跡法 (2019)
  • 著者名/発表者名: 牛島弘嗣，前川怜奈，五十嵐愛莉，明石知子
  • 学会等名: 第67回質量分析総合討論会
• [学会発表] 質量分析を用いたアセチル化に伴うヌクレオソームの構造変化の解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 七種和美，日高はる菜，新屋大貴，畔上奈々子，加藤大貴，胡桃坂仁志，泉俊輔，明石知子
  • 学会等名: 第67回質量分析総合討論会
• [学会発表] Accurate Mass Determination of Long DNA Fragments Prepared for Structural Biology Study of Epigenetic DNA methylation (2019)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Ushijima, Rena Maekawa, Eri Igarashi, Satoko Akashi
  • 学会等名: The 67th ASMS Conference
  • 国際学会
• [学会発表] 夾雑環境下でのネイティブ質量分析法の構築 (2019)
  • 著者名/発表者名: 明石知子
  • 学会等名: 第19回日本蛋白質科学会年会・第71回細胞生物学会大会
  • 招待講演
• [学会発表] 電子顕微鏡構造からFACTを介したクロマチンリモデリングの分子機構にせまる (2019)
  • 著者名/発表者名: 津中康夫、真柳浩太、七種和美、宮崎直幸、明石知子、岩崎憲治、西村善文、森川耿右
  • 学会等名: 第19回日本蛋白質科学会年会・第71回細胞生物学会大会
• [学会発表] メチル化DNAを用いたdiNCPの再構成と構造特性解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 牛島弘嗣，前川怜奈，五十嵐愛莉，橋本洸平，小沼剛，大橋和音，明石知子
  • 学会等名: 第92回日本生化学会
• [学会発表] Native mass spectrometry of biomolecular complexes (2019)
  • 著者名/発表者名: 明石知子
  • 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] FACTによって引き起こされるヘキサゾーム構造の電子顕微鏡解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 津中 康央, 真柳 浩太, 七種 和美, 宮崎 直幸, 明石 知子, 岩崎 憲治, 西村 善文, 森川 耿右
  • 学会等名: 第42回日本分子生物学会年会
• [学会発表] 生細胞抽出物に対するネイティブ質量分析法の開発 (2019)
  • 著者名/発表者名: 小沼 剛、高野 航太朗、荒井 駿佑、坂田 優佑、明石 知子
  • 学会等名: 第42回日本分子生物学会年会
• [学会発表] Insertion of the PA tag into a target protein and promotion of the crystallization by utilizing the NZ-1 Fab as a crystallization chaperone (2019)
  • 著者名/発表者名: Risako Tamura, Rika Oi, Satoko Akashi, Mika K. Kaneko, Yukinari Kato, Terukazu Nogi
  • 学会等名: 16th Conference of the Asian Crystallographic Association
  • 国際学会
• [学会発表] (CCG)n配列を含む二重鎖DNAからなるヌクレオソームコア粒子の再構成の試み (2018)
  • 著者名/発表者名: 橋本洸平、長土居有隆、小沼剛、明石知子
  • 学会等名: 第41回日本分子生物学会年会
• [学会発表] 不揮発性緩衝液で調製した巨大タンパク質複合体の観測の試み (2018)
  • 著者名/発表者名: 明石知子
  • 学会等名: 第10回LC/MSワークショップ
  • 招待講演
• [学会発表] 質量分析によるヌクレオソームにおけるヒストンアセチル化の解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 日高はる菜、泉俊輔、明石知子、七種和美
  • 学会等名: 第56回日本生物物理学会年会
• [学会発表] Structural Diversity of nucleosomes characterized by nanoESI-MS and structural calculation (2018)
  • 著者名/発表者名: Kazumi Saikusa, Akihisa Osakabe, Daiki Kato, Sotaro Fuchigami, Aritaka Nagadoi, Yoshifumi Nishimura, Hitoshi Kurumizaka, Satoko Akashi
  • 学会等名: 22nd International Mass Spectrometry Conference
• [学会発表] イオンモビリティ質量分析で得られたヌクレオソームの構造多様性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 七種和美、渕上壮太郎、明石知子
  • 学会等名: 第66回質量分析総合討論会
• [学会発表] 巨大タンパク質-DNA複合体NCPのイオンモビリティ質量分析と構造計算 (2018)
  • 著者名/発表者名: 七種和美、渕上壮太郎、明石知子
  • 学会等名: 第7回イオン移動度研究会
• [学会発表] ネイティブ質量分析 -ヌクレオソームから生命現象をつかさどる金属の解析まで- (2018)
  • 著者名/発表者名: 明石知子
  • 学会等名: 日本化学会第98春季年会
• [学会発表] 不揮発性緩衝液で調製したタンパク質複合体のNative質量分析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 七種和美、加藤大貴、長土居有隆、胡桃坂仁志、明石知子
  • 学会等名: 第65回質量分析総合討論会
• [学会発表] ヌクレオソームコア粒子のESI-MSにおける電荷分布の解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 前川怜奈、大橋和音、長土居有隆、明石知子
  • 学会等名: 第65回質量分析総合討論会
• [学会発表] 再構成したヌクレオソームのネイティブ質量分析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 明石知子
  • 学会等名: 第17回日本蛋白質科学会年会
• [学会発表] Structural and biochemical analysis of overlapping dinucleosome containing histone variants and histone modifications (2017)
  • 著者名/発表者名: Wataru Kobayashi, Maya Aihara, Daiki Kato, Masako Koyama, Kazumi Saikusa, Satoko Akashi, Rintaro Inoue, Masaaki Sugiyama, Hitoshi Kurumizaka
  • 学会等名: EMBO Conference “The Nucleosome: From Atoms to Genomes”
  • 国際学会
• [学会発表] ネイティブな状態を捕える質量分析の構造生物学での展開 (2017)
  • 著者名/発表者名: 明石知子
  • 学会等名: 2017年度生命科学系合同年次大会
• [図書] 生命金属ダイナミクス: 生体内における金属の挙動と制御 (2021)
  • 著者名/発表者名: 明石知子、田尻道子
  • 総ページ数: 10
  • 出版者: （株）エヌ・ティー・エス
  • ISBN: 9784860437060
• [備考] 横浜市立大学生命医科学研究科構造エピゲノム科学研究室
  • URL: http://www-mls.tsurumi.yokohama-cu.ac.jp/lab/stbiol.html