SUMO化によるたんぱく質の機能変換の構造的基盤

• 研究課題/領域番号: 18370040
• 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: 構造生物化学
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 白川 昌宏 京都大学, 工学研究科, 教授 (00202119)
• 研究分担者: TENNNO Takeshi
• 研究期間 (年度): 2006 – 2007
• 研究課題ステータス: 完了 (2007年度)
• 配分額: 17,030千円 (直接経費: 14,900千円、間接経費: 2,130千円); 2007年度: 9,230千円 (直接経費: 7,100千円、間接経費: 2,130千円); 2006年度: 7,800千円 (直接経費: 7,800千円)
• キーワード: SUMO / 立体構造 / NMR / X線結晶法 / X線結晶構造 / X線結晶構造解析法 / DNA結合たんぱく質

研究概要

本研究ではSUMO化によるたんぱく質の機能変換・制御を構造学的に明らかにする事を目的とした。具体的には以下の項目の研究を進めた。
(1)転写因子HSF2はSUMO化される事によってDNA結合が促進されるという報告と阻害されるという報告がある。SUMO化によるHSF2のDNA結合能の調節を明らかにするために、SUMO-1化されたHSF2のDNA結合ドメインの構造的特徴をNMR、パルスESR等で解析すると共にSUMO化によるDNA結合能を生化学的に解析した。その結果、付加したSUMO-1がHSF2のDNA結合ドメインを静電的相互作用で覆い、DNA結合をいわば確率論的に阻害するというモデルを提案した。
(2)メチル化DNA結合蛋白質MBD1はSUMO化により、ヘテロクロマチン形成に関与するクロマチン制御因子MCAF1との結合が上昇することが報告されている。MCAF1にはSUMO結合モチーフ配列(SIM)が存在し、斎藤らによってSUMO-2/3に優先的に結合することが示されている。またMCAF1にはMBD1との相互作用部位が存在する。このMCAF1-MBD1相互作用部位に関しては、解析に向けて実験を進めたが構造学的知見を得ることができなかった。一方、MCAF1の持つSIMとSUMO-3についてはNMRによって立体構造解析を行い、続く変異実験の結果と共に、SUMOパラログ間の識別に静電的相互作用が重要であるとするモデルを提唱した。
(3)本研究では、当初の計画には無かったが、DNA複製時のDNAメチル化パターンの維持に決定的な役割を果たすUHRF1のSRAドメインと片鎖メチル化DNAの複合体の立体構造を決定し、その認識機構を解明した。その結果から、SRAドメインはメチル化シトシンをDNA2重らせんからフリップアウトさせて、塩基認識を行っていることが示唆された。

研究成果

• [雑誌論文] Molecular basis for SUMOylation-dependent regulation of DNA binding activity of Heat Shock Factor 2. (2009)
  • 著者名/発表者名: Tateishi, Y., Ariyoshi, M., Igaraahi, R., Hara, H., Mizuguchi, K., Seto, A., Nakai, A., Kokubo, T., Tochio, H., Shirakawa, M.
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 284 ページ: 2435-2447
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Molecular basis for SUMOylation-dependent regulation of DNA binding activity of Heat Shock Factor 2. (2009)
  • 著者名/発表者名: Tateishi, Y., Ariyoshi, M., Igarashi, R., Hara, H., Mizuguchi, K, Seto, A., Nakai, A., Kokubo, T., Tochio, H., Shirakawa, M.
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 284 ページ: 2435-2447
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Structure of the SUMO-interacting motif of MBD1-containing chromatin associated factor 1 (MCAF1) bound to SUMO-3. (2008)
  • 著者名/発表者名: Sekiyama, N., Ikegami, T., Yamane, T., Ikeguchi, M., Uchimura, Y., Baba, D., Ariyoshi, M., Tochio, H., Saitoh, H., Shirakawa, M.
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 283 ページ: 35966-35975
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hemi-methylated DNA recognition by the SRA protein Np95 via a base flipping mechanism. (2008)
  • 著者名/発表者名: Arita, K., Ariyoshi, M., Tochio, H., Nakamura, Y., Shirakawa, M.
  • 雑誌名: Nature 455 ページ: 818-821
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Kinetic and Thermodynamic evidence for flipping of a methyl-CpG binding domain on methylated DNA. (2008)
  • 著者名/発表者名: Inomata, K., Ohki, I., Tochio, H., Fujiwara, K., Hiroaki, H., Shirakawa, M.
  • 雑誌名: Biochemistry 47 ページ: 3266-3271
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Paramagnetic Relaxation-Based ^<19>F MRI Probe to Detect Protease Activity. (2008)
  • 著者名/発表者名: Mizukami, S., Takikawa, R., Sugihara, F., Hori, Y., Tochio, H., Waelchli, M., Shirakawa, M., Kikuchi, K.
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 130 ページ: 794-795
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structure of the SUMO-interacting motif of MBDl-containing chromatin associated factor 1 (MCAF1) bound to SUMO-3. (2008)
  • 著者名/発表者名: Sekiyama, N., Ikegami, T., Yamane, T., Ikeguchi, M., Uchimura, Y., Baba, D., Ariyoshi, M., Tochio, H., Saitoh, H., Shirakawa, M.
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 283 ページ: 35966-35975
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Hemi-methylated DNA recognition by the SRA protein Np95 via a base flipping mechanism. (2008)
  • 著者名/発表者名: Arita, K, Ariyoshi, M., Tochio, H., Nakamura, Y., Shirakawa, M.
  • 雑誌名: Nature 455 ページ: 818-821
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Kinetic and Thermodynamic evidence for flipping of a methyl-CpG binding domain on methylated DNA. (2008)
  • 著者名/発表者名: Inomata, K, Ohki, I., Tochio, H., Fujiwara, K, Hiroaki, H., Shirakawa, M.
  • 雑誌名: Biochemistry 47 ページ: 3266-3271
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Paramagnetic Relaxation-Based ^<19>F MRI Probe to Detect Protease Activity (2008)
  • 著者名/発表者名: Mizukami, S., Takikawa, R., Sugihara, F., Hori, Y., Tochio, H., Waelchli, M., Shirakawa, M., Kikuchi, K.
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 130 ページ: 794-795
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Paramagnetic Relaxation-Based 19F MRI Probe to Detect Protease Activity. (2008)
  • 著者名/発表者名: Mizukami, S., Takikawa, R., Sugihara, F., Hori, Y., Tochio, H., Waelchli, M., Shirakawa, M., Kikuchi, K.
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 130 ページ: 794-795
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural Analysis of Pituitary Adenylate Cyclase-Activating polypeptides Bound to Phospholipid embranes by Magic Angle Spinning Solid-State NMR. (2007)
  • 著者名/発表者名: Komi, N., Okawa, K., Tateishi, Y., Shirakawa, M., Fujiwara, T., Akutsu, H.
  • 雑誌名: Biochimica et Biophysica Acta-Biomembranes 1768 ページ: 3001-3011
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fluoroscopic assessment of protein leakage during Xenopus oocytes in-cell NMR experiment by co-injected EGFP. (2007)
  • 著者名/発表者名: Sakai, T., Tochio, H., Inomata, K., Sasaki, Y., Tenno, T., Tanaka, T., Kokubo, T., Hiroaki, H., Shirakawa, M.
  • 雑誌名: Analytical Biochemistry 371 ページ: 247-249
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Characterization of the sequence specificity of the R1Bm endonuclease domain by structural and biochemical studies. (2007)
  • 著者名/発表者名: Maita, N., Aoyagi, H., Osanai, M., Shirakawa, M., Fujiwara, H.
  • 雑誌名: Nucleic Acid Research 35 ページ: 3918-3927
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magnetic resonance-based visualization of gene expression in mammalian cells using a bacterial polyphosphate kinase reporter gene. (2007)
  • 著者名/発表者名: Ki, S., Sugihara, F., Kasahara, K., Tochio, H., Shirakawa. M., Kokubo, T.
  • 雑誌名: Biotecbniques 42 ページ: 209-215
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] LBT/PTD dual tagged vector for purification, cellular protein delivery and visualization in living cells. (2007)
  • 著者名/発表者名: Goda, N., Tenno, T., Inomata, K., Iwaya, N., Sasaki, Y., Shirakawa M., Hiroaki. H.
  • 雑誌名: Biochemica et Biophysica Acta 1773 ページ: 141-146
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Distance determination in human ubiquitin by pulse double electron resonance and double quantum coherence ESR methods. (2007)
  • 著者名/発表者名: Hara, H., Tenno, T., Shirakawa, M.
  • 雑誌名: Journal of Magnetic Resonance 184 ページ: 78-84
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural Analysis of Pituitary Adenylate Cyclase-Activating Polypeptides Bound to Phospholipid embranes by Magic Angle Spinning Solid-State NMR. (2007)
  • 著者名/発表者名: Komi, N., Okawa, K, Tateishi, Y., Shirakawa, M., Fujiwara, T., Akutsu, H.
  • 雑誌名: Biochimica et Biophysica Acta Biomembranes 1768 ページ: 3001-3011
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Fluoroscopic assessment of protein leakage during Xenopus oocytes in-cell NMR experiment by co-injected EGFP. (2007)
  • 著者名/発表者名: Sakai, T., Tochio, H., Inomata, K, Sasaki, Y, Tenno, T., Tanaka, T., Kokubo, T., Hiroaki, H., Shirakawa, M.
  • 雑誌名: Analytical Biochemistry 371 ページ: 247-249
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Magnetic resonance-based visualization of gene expression in mammalian cells using a bacterial polyphosphate kinase reporter gene. (2007)
  • 著者名/発表者名: Ki, S., Sugihara, F., Kasahara, K, Tochio, H., Shirakawa. M., Kokubo, T.
  • 雑誌名: Biotechniques 42 ページ: 209-215
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] LBT/PTD dual tagged vector for purification, cellular protein delivery and visualization in living cells. (2007)
  • 著者名/発表者名: Goda, N., Tenno, T., Inomata, K., Iwaya, N., Sasaki, Y., Shirakawa. M., Hiroaki, H.
  • 雑誌名: Biochemica et Biophysica Acta 1773 ページ: 141-146
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Distance determination in human ubiquitin by pulse double electron resonance and double quantum coherence ESR methods. (2007)
  • 著者名/発表者名: Hara, H., Tenno, T., Shirakawa. M.
  • 雑誌名: Journal of Magnetic Resonance 184 ページ: 78-84
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Structural Analysis of Pituitary Adenylate Cyclase-Activating polypeptides Bound to Phospholipid embranes by Magic Angle Spinning Solid-State NMR. (2007)
  • 著者名/発表者名: Komi, N., Okawa, K., Tateishi, Y., Shirakawa, M., Fujiwara, T., Akutsu, H.
  • 雑誌名: Biochimica et Biophysica Acta-Biomembranes
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fluoroscopic assessment of protein leakage during Xenopusoocytes in-cell NMR experiment by co-in jected EGFP. (2007)
  • 著者名/発表者名: Sakai, T., Tochio, H., Inomata, K., Sasaki, Y., Tenno, T., Tanaka, T., Kokubo, T., Hiroaki, H., Shirakawa, M.
  • 雑誌名: Analytical Biochemistry 371 ページ: 247-249
  • 査読あり
• [雑誌論文] Characterization of the sequence specificity of the RlBm endonuclease domain by structural and biochemical studies. (2007)
  • 著者名/発表者名: Maita, N., Aoyagi, H., Osanai, M., Shirakawa, M., Fujiwara, H.,
  • 雑誌名: Nucleic Acid Research 35 ページ: 3918-3927
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fine-tuning of protein domain boundary by minimizing potential coiled coil regions. (2007)
  • 著者名/発表者名: Iwaya, N., Goda, N., Unzai, S., Fujiwara, K., Tanaka, T., Tomii, K., Tochio, H., Shirakawa, M., Hiroaki, H.
  • 雑誌名: Journal of biomolecular NMR 37 ページ: 53-63
• [雑誌論文] Crystal structure of SUMO-3-modified thymine-DNA glycosylase. (2006)
  • 著者名/発表者名: Baba, D., Maita; N., Jee, J.-G., Uchimura, Y., Saitoh, H., Sugasawa, K., Hanaoka, F., Tochio, H., Hiroaki, H, Shirakawa, M.
  • 雑誌名: Journal of Molecular Biology 359 ページ: 137-147
• [学会発表] 蛋白質とDNAの化学修飾による機能調節の構造学的基盤 (2007)
  • 著者名/発表者名: 白川昌宏
  • 学会等名: 東洋紡バイオ財団設立25周年記念シンポジウム
  • 発表場所: 大阪市
  • 年月日: 2007-06-01
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [学会発表] 磁気共鳴法を使った生体高分子複合体の立体構造解析と細胞計測 (2007)
  • 著者名/発表者名: 白川昌宏
  • 学会等名: 日本顕微鏡学会第63回学術講演会
  • 発表場所: 新潟市
  • 年月日: 2007-05-21
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [学会発表] 生体防御・制御に関わる蛋白質の構造生物学と生体計測 (2007)
  • 著者名/発表者名: 白川昌宏
  • 学会等名: 第2回岐阜小児アレルギー・喘息研究会
  • 発表場所: 岐阜市
  • 年月日: 2007-05-11
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [学会発表] NMRとMEIを使った細胞内反応の非侵襲計測 (2007)
  • 著者名/発表者名: 白川昌宏
  • 学会等名: 日本化学会
  • 発表場所: 関西大学
  • 年月日: 2007-03-28
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [学会発表] 磁気共鳴法による細胞内でのたんぱく質の構造と機能の解析手法 (2006)
  • 著者名/発表者名: 白川昌宏
  • 学会等名: 大阪大学蛋白質研究所セミナー「ケミカルバイオロジーの進展と生命科学研究の新たな展開」
  • 発表場所: 大阪大学
  • 年月日: 2006-11-25
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [学会発表] Structural basis for protein modification by modifier proteinas (2006)
  • 著者名/発表者名: Shirakawa, M.
  • 学会等名: Sapporo conference 2006
  • 発表場所: 北海道大学
  • 年月日: 2006-10-30
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [学会発表] Structural basis for protein modification by modifier proteinas (2006)
  • 学会等名: Sapporo conference 2006
  • 発表場所: Hokkaido Unniversity
  • 年月日: 2006-10-30
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [学会発表] In cell NMR of proteins and non-invasive NMR/MRI detection of gene expression in eukarytotic cells (2006)
  • 著者名/発表者名: Shirakawa, M.
  • 学会等名: 4th Taiwan-Japan NME Symposium
  • 発表場所: Institute of Biomedical Sciences, Academia Sinica & Hotel Royal Chiao-Hsi, Taiwan
  • 年月日: 2006-10-15
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [学会発表] In cell NMR of proteins and non-invasive NMR/MRI detection of gene expression in eukarytotic cells (2006)
  • 学会等名: 4th Taiwan-Japan NMR Symposium
  • 発表場所: Institute of Biomedical Sciences, Academia Sinica & Hotel Royal Chiao-Hsi, Taiwan
  • 年月日: 2006-10-15
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [学会発表] ユビキチン様モディファイアー蛋白質の構造生物学 (2006)
  • 著者名/発表者名: 白川昌宏
  • 学会等名: 日本化学会バイオ関連の化学部合同シンポジウム「生命化学の境界領域 : 構造生物学、ナノバイオ、ケミルバイオ」
  • 発表場所: 京都大学
  • 年月日: 2006-09-29
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [学会発表] Structure biology of ubiquitination and SUMOylation (2006)
  • 著者名/発表者名: Shirakawa, M.
  • 学会等名: Switzerland-Japan Symposium on Structural Biology 2006
  • 発表場所: Brunnen, Switzerland
  • 年月日: 2006-09-19
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [図書] SUMOによるタンパク質修飾生化学79 (2007)
  • 著者名/発表者名: 磯貝信, 白川昌宏
  • 総ページ数: 11
  • 出版者: 日本生化学会
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [図書] 5.2.1たんぱく質“実験化学講座第5版日本化学会編8 NMR・ESR" (2006)
  • 著者名/発表者名: 杤尾豪人, 白川昌宏
  • 総ページ数: 18
  • 出版者: 丸善株式会社
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [図書] SUMO化によるたんぱく質の機能調節の構造学的基盤 (2006)
  • 著者名/発表者名: 白川昌宏
  • 総ページ数: 5
  • 出版者: 京都大学低温物質科学研究センター誌
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [図書] SUMO化によるたんぱく質機能調節の構造的基盤実験医学 (2006)
  • 著者名/発表者名: 白川昌宏, 馬場大地
  • 総ページ数: 7
  • 出版者: 羊土社
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より