ヘテロクロマチンにおけるDNA損傷修復機構の解明

• 研究課題/領域番号: 19H03156
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分43010:分子生物学関連
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 小布施 力史 大阪大学, 大学院理学研究科, 教授 (00273855)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 17,290千円 (直接経費: 13,300千円、間接経費: 3,990千円); 2021年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円); 2020年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円); 2019年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円)
• キーワード: DNA損傷修復 / DNA二重鎖切断修復 / 相同組替え / 非相同末端結合 / ヘテロクロマチン / 二重鎖切断 / 相同組換え / 修復

研究開始時の研究の概要

繰り返し配列上に形成されるヘテロクロマチンにおいてDNA二重鎖切断(DSB)が生じると、相同性のある繰り返し配列間で誤った結合や欠失が生じ、染色体異常が引き起こされる可能性があり、それを克服するためのメカニズムの存在が想像される。本課題では、私たちがこれまで見出したヘテロクロマチンタンパク質と修復因子との相互作用を基軸に、ヘテロクロマチンにおけるDSB修復反応の特殊性のメカニズムを明らかにする。

研究成果の概要

ヘテロクロマチン上に放射線などで生じた２本鎖切断を修復する仕組みとして、非相同末端結合修復(NHEJ)と相同組換え修復 (HR)の 2つの経路が知られているが、その選択はヘテロクロマチンが形成される反復配列などの良く似た塩基配列の場合、染色体転座や欠損を防ぐという観点から重要である。この経路選択において、RIF1 というタンパク質がHRに必要な損傷部位の削り込みを抑制しNHEJを促進することが知られている。本課題によりRIF1にPP1が結合していること、このPP1の活性により損傷部位の削り込みを行う酵素活性が阻害されることを見出し、DNA損傷修復の経路選択のメカニズムの一端を明らかとした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

DNA損傷修復に関わる遺伝子の変異はさまざまな疾患の原因となることが知られている。例えば、RIF1は、乳がん、卵巣がんの原因遺伝子であるBRCA1と深い関わりがある。RIF1の機能に問題があると、NHEJによる修復への誘導が起こらないため、BRCA1がない状態でも異常なHR経路が発動され、抗がん剤耐性細胞になることが実験的に証明されている。今回発見したRIF1と結合しているPP1の働きは、シールディンとともにRIF1のDNA損傷修復における機能そのものであるため、抗がん剤耐性細胞が出現する仕組みや、解決への糸口になると考えられる。

研究成果

• [国際共同研究] University of Aberdeen(英国)
• [国際共同研究] The Children's Hospital of Philadelphia(米国)
• [国際共同研究] Institut Curie(フランス)
• [国際共同研究] EMBL, Directors' research unit(ドイツ)
• [国際共同研究] Leiden University Medical Center(オランダ)
• [国際共同研究] University of Aberdeen(英国)
• [国際共同研究] University of Aberdeen(英国)
• [雑誌論文] Dominant-negative variants in CBX1 cause a neurodevelopmental disorder (2023)
  • 著者名/発表者名: Kuroda, Y.、Nagao, K、Isobe, S-Y.、Nishibuchi, G.、Obuse, C.、Roscioli, T.、Izumi, K.他
  • 雑誌名: Genetics in Medicine 巻: X 号: 7 ページ: 100861-100861
  • DOI: 10.1016/j.gim.2023.100861
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Inner nuclear membrane proteins Lem2 and Bqt4 interact with different lipid synthesis enzymes in fission yeast (2023)
  • 著者名/発表者名: Hirano Yasuhiro、Kinugasa Yasuha、Kubota Yoshino、Obuse Chikashi、Haraguchi Tokuko、Hiraoka Yasushi
  • 雑誌名: The Journal of Biochemistry 巻: online 号: 1 ページ: 33-46
  • DOI: 10.1093/jb/mvad017
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Polycomb repressive complexes 1 and 2 are each essential for maintenance of X inactivation in extra-embryonic lineages (2023)
  • 著者名/発表者名: Masui Osamu、Corbel Catherine、Nagao Koji、Endo Takaho A.、Kezuka Fuyuko、Diabangouaya Patricia、Nakayama Manabu、Kumon Mami、Koseki Yoko、Obuse Chikashi、Koseki Haruhiko、Heard Edith
  • 雑誌名: Nature Cell Biology 巻: 25 号: 1 ページ: 134-144
  • DOI: 10.1038/s41556-022-01047-y
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] RNaseH2A downregulation drives inflammatory gene expression via genomic DNA fragmentation in senescent and cancer cells (2022)
  • 著者名/発表者名: Sugawara S, Okada R, Loo TM, Tanaka H, Miyata K, Chiba M, Kawasaki H, Katoh K, Kaji S, Maezawa Y, Yokote K, Nakayama M, Oshima M, Nagao K, Obuse C, Nagayama S, Takubo K, Nakanishi A, Kanemaki MT, Hara E, Takahashi A.
  • 雑誌名: Commun Biol 巻: 5 号: 1 ページ: 1420-1420
  • DOI: 10.1038/s42003-022-04369-7
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] SmcHD1 underlies the formation of H3K9me3 blocks on the inactive X chromosome in mice (2022)
  • 著者名/発表者名: Ichihara Saya、Nagao Koji、Sakaguchi Takehisa、Obuse Chikashi、Sado Takashi
  • 雑誌名: Development 巻: 149 号: 15
  • DOI: 10.1242/dev.200864
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Chromatin loading of MCM hexamers is associated with di-/tri-methylation of histone H4K20 toward S phase entry. (2021)
  • 著者名/発表者名: Hayashi-Takanaka Y, Hayashi Y, Hirano Y, Miyawaki-Kuwakado A, Ohkawa Y, Obuse C, Kimura H, Haraguchi T, Hiraoka Y.
  • 雑誌名: Nucleic Acids Res. 巻: 49 号: 21 ページ: 12152-12166
  • DOI: 10.1093/nar/gkab1068
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Protein phosphatase 1 acts as a RIF1 effector to suppress DSB resection prior to Shieldin action (2021)
  • 著者名/発表者名: Isobe Shin-Ya、Hiraga Shin-ichiro、Nagao Koji、Sasanuma Hiroyuki、Donaldson Anne D.、Obuse Chikashi
  • 雑誌名: Cell Reports 巻: 36 号: 2 ページ: 109383-109383
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2021.109383
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Homozygous nonsense variant in LRIF1 associated with facioscapulohumeral muscular dystrophy (2020)
  • 著者名/発表者名: Hamanaka Kohei、Sikrova Darina、Mitsuhashi Satomi、Masuda Hiroki、Sekiguchi Yukari、Sugiyama Atsuhiko、Shibuya Kazumoto、Lemmers Richard J.L.F.、Goossens Remko、Ogawa Megumu、Nagao Koji、Obuse Chikashi、Noguchi Satoru、Hayashi Yukiko K.、Kuwabara Satoshi、Balog Judit、Nishino Ichizo、van der Maarel Silvere M.
  • 雑誌名: Neurology 巻: 94 号: 23
  • DOI: 10.1212/wnl.0000000000009617
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Rare variant of the epigenetic regulator SMCHD1 in a patient with pituitary hormone deficiency. (2020)
  • 著者名/発表者名: Kinjo K, Nagasaki K, Muroya K, Suzuki E, Ishiwata K, Nakabayashi K, Hattori A, Nagao K, Nozawa R-S, Obuse C, Miyado K, Ogata T, Fukami M and Miyado M.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 10 号: 1 ページ: 10985-10985
  • DOI: 10.1038/s41598-020-67715-x
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Regulation of an adaptor protein STING by Hsp90β to enhance innate immune responses against microbial infections (2020)
  • 著者名/発表者名: Seiichi Sato, Kai Li, Nozomi Sakurai, Mei Hashizume, Sunanda Baidya, Hirotaka Nonaka, Koki Noguchi, Kozo Ishikawa, Chikashi Obuse, Akinori Takaoka
  • 雑誌名: Cellular Immunology 巻: 356 ページ: 104188-104188
  • DOI: 10.1016/j.cellimm.2020.104188
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Mapping replication timing domains genome wide in single mammalian cells with single-cell DNA replication sequencing (2020)
  • 著者名/発表者名: Miura Hisashi、Takahashi Saori、Shibata Takahiro、Nagao Koji、Obuse Chikashi、Okumura Katsuzumi、Ogata Masato、Hiratani Ichiro、Takebayashi Shin-ichiro
  • 雑誌名: Nature Protocols 巻: 15 号: 12 ページ: 4058-4100
  • DOI: 10.1038/s41596-020-0378-5
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Subacute cutaneous lupus erythematosus with melanocyte elimination induced by pembrolizumab. (2020)
  • 著者名/発表者名: Ogawa-Momohara M, Muro Y, Goto K, Obuse C, Satoh M, Kono M, Akiyama M.
  • 雑誌名: J. Dermatol. 巻: 47 号: 6
  • DOI: 10.1111/1346-8138.15316
  • NAID: 120006884960
  • 査読あり
• [雑誌論文] KDM2A-dependent reduction of rRNA transcription on glucose starvation requires HP1 in cells, including triple-negative breast cancer cells (2019)
  • 著者名/発表者名: Okamoto Kengo、Tanaka Yuji、Ogasawara Sachiko、Obuse Chikashi、Nakayama Jun-ichi、Yano Hirohisa、Tsuneoka Makoto
  • 雑誌名: Oncotarget 巻: 10 号: 46 ページ: 4743-4760
  • DOI: 10.18632/oncotarget.27092
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Asymmetrical localization of Nup107-160 subcomplex components within the nuclear pore complex in fission yeast (2019)
  • 著者名/発表者名: Asakawa Haruhiko、Kojidani Tomoko、Yang Hui-Ju、Ohtsuki Chizuru、Osakada Hiroko、Matsuda Atsushi、Iwamoto Masaaki、Chikashige Yuji、Nagao Koji、Obuse Chikashi、Hiraoka Yasushi、Haraguchi Tokuko
  • 雑誌名: PLOS Genetics 巻: 15 号: 6 ページ: 008061-1008061
  • DOI: 10.1371/journal.pgen.1008061
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] RNA polymerase II Ser7リン酸化は、転写と共役したヌクレオソーム弛緩・再構築を促進して転写一時停止を安定化する (2022)
  • 著者名/発表者名: 梶谷卓也, 加藤太陽, 沖昌也, 木村宏, 大川恭行, 小布施力史, Hermand Damien, Lis John, 村上洋太
  • 学会等名: 第45回日本分子生物学会年会
• [学会発表] エピゲノムとヘテロクロマチン構造構築に働きかけるHP1結合タンパク質 (2022)
  • 著者名/発表者名: 小布施力史, 磯部真也, 佐渡敬, 長尾恒治
  • 学会等名: 第45回日本分子生物学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] Replication dynamics identifies the folding principles of the inactive X chromosome (2022)
  • 著者名/発表者名: Rawin Poonperm, Saya Ichihara, Hisashi Miura, Akie Tanigawa, Koji Nagao, Chikashi Obuse, Takashi Sado, Ichiro Hiratani
  • 学会等名: 第45回日本分子生物学会年会
• [学会発表] ポリコーム複合体PRC1とPRC2はマウス胚体外組織におけるＸ染色体不活性化の維持に必須である (2022)
  • 著者名/発表者名: 増井修, Corbel Catherine, 長尾恒治, 遠藤高帆, 毛塚芙由子, 小布施力史, Heard Edith, 古関明彦
  • 学会等名: 第45回日本分子生物学会年会
• [学会発表] PCGF6-PRC1 は着床後胚においてＸ染色体不活性化を安定に保つ役割を持つ (2022)
  • 著者名/発表者名: 増井修, 長尾恒治, 信賀順, 遠藤高帆, 毛塚芙由子, 小布施力史, 古関明
  • 学会等名: 第45回日本分子生物学会年会
• [学会発表] PHIP/ICEN4 regulates centromere via CENP-B (2022)
  • 著者名/発表者名: Marinela Perpelescu, Chikashi Obuse, Hiroshi Masumoto, Masato Kanemaki, Hiroshi Kimura
  • 学会等名: 第45回日本分子生物学会年会
• [学会発表] ヒストン修飾とヘテロクロマチン構造に働きかけるHP1結合タンパク質 (2022)
  • 著者名/発表者名: 小布施力史
  • 学会等名: 令和４年度遺伝研研究会
  • 招待講演
• [学会発表] PP1はRIF1のエフェクターとして、Shieldinに先立って相同組換え修復の制御を行う (2021)
  • 著者名/発表者名: 磯部真也、平賀信一朗、長尾恒治、笹沼博之、Donaldson D. Anne、小布施力史
  • 学会等名: 第26回 DNA複製・組換え・修復ワークショップ
• [学会発表] PP1はRIF1のエフェクターとして、Shieldinに先立って相同組換え修復の制御を行う (2021)
  • 著者名/発表者名: 磯部真也、平賀信一朗、長尾恒治、笹沼博之、Donaldson D. Anne、小布施力史
  • 学会等名: 第39回染色体ワークショップ・第20回核ダイナミクス研究会
• [学会発表] PP1はRIF1のエフェクターとして、Shieldinに先立って相同組換え修復の制御を行う (2021)
  • 著者名/発表者名: 磯部真也、平賀信一朗、長尾恒治、笹沼博之、Donaldson D. Anne、小布施力史
  • 学会等名: 第44回日本分子生物学会年会
• [学会発表] ヘテロクロマチンの構造と機能の理解 (2021)
  • 著者名/発表者名: 小布施力史
  • 学会等名: 第1回新学術領域「非ゲノム情報複製」Webセミナー
  • 招待講演
• [学会発表] Protein Phosphatase 1 acts as a RIF1 effector to suppress DSB resection prior to Shieldin action (2021)
  • 著者名/発表者名: 磯部 真也, 平賀 信一朗, 長尾 恒治, 笹沼 博之 , Donaldson D Anne, 小布施 力史
  • 学会等名: 第 38 回 染色体ワークショップ 第 19 回 核ダイナミクス研究会
• [学会発表] PP1, another RIF1 effector to shieldin, suppresses resection of damaged DNA ends as a barrier against HDR (2020)
  • 著者名/発表者名: 磯部 真也, 平賀 信一朗, 長尾 恒治, 野崎 直仁, Donaldson D Anne, 小布施 力史
  • 学会等名: 第43回 日本分子生物学会年会
• [学会発表] ヘテロクロマチンの構造と機 (2019)
  • 著者名/発表者名: 小布施力史
  • 学会等名: 第13回エピジェネティクス研究会年会
  • 招待講演
• [学会発表] Elucidation of the molecular basis of heterochromatin body formation. (2019)
  • 著者名/発表者名: Obuse C.
  • 学会等名: Chromosome Dynamics 2019
  • 国際学会 / 招待講演
• [備考] 切断されたDNAをつなぎ直す、細胞の初動対応を解明
  • URL: https://resou.osaka-u.ac.jp/ja/research/2021/20210714_1
• [備考] The path less traveled in DNA DSB repair
  • URL: https://www.eurekalert.org/news-releases/478166
• [備考] 染色体構造機能学研究室
  • URL: https://www.bio.sci.osaka-u.ac.jp/dbs01/re-paper-temp.php?id=98
• [備考] 染色体構造機能学研究室
  • URL: http://www.bio.sci.osaka-u.ac.jp/bio_web/lab_page/obuse/