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放射線等で生じたゲノム切断の切断端に付く付加体を除去するユビキチン経路の解明

研究課題

研究課題/領域番号 19H04267
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63020:放射線影響関連
研究機関公益財団法人東京都医学総合研究所 (2021)
京都大学 (2019-2020)

研究代表者

笹沼 博之  公益財団法人東京都医学総合研究所, 基礎医科学研究分野, 副参事研究員 (00531691)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円)
2021年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
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: 9,230千円 (直接経費: 7,100千円、間接経費: 2,130千円)
キーワードがん / DNA修復 / 相同組換え / DNA二重鎖切断 / BRCA1 / トポイソメラーゼ2型 / UBC13 / DNA損傷 / トポイソメラーゼ / 放射線 / 付加体 / ユビキチン / DNA二重鎖切断修復 / ゲノム編集 / トポイソメラーゼ2
研究開始時の研究の概要

細胞内にできるDNA切断は、5’リン酸基、3’水酸基がついた「きれい」な傷ではない。DNA切断端周辺に塩基やリボース環損傷を含んだ「汚い」傷である。こうした「汚い」傷は、相同組換えや非相同末端結合のようなDNA修復の前に、「きれいな」傷に直される必要がある。「汚い」傷が「きれいな」傷に直されるメカニズムは分かっていない。本研究では、「汚い」傷を作る放射線と抗がん剤(エトポシド)と「きれいな」傷を作る制限酵素によってできるDNA切断を比較することにより、「汚い」傷が「きれいな」傷に直される経路を明らかにする。この経路に関与する因子の阻害は、放射線治療の増感作用をもたらす可能性がある。

研究成果の概要

DNA二重鎖切断修復は相同組換えと非相同末端結合経路で修復される。切断端に化学修飾や共有結合した蛋白質があると、非相同末端結合経路の再結合や相同組換え時のDNA合成を阻害する。そのため修復の前に、切断端は5’リン酸基と3’水酸基を保持した切断端に変換しておく必要がある。本研究の目的は、切断端周辺の付加体(塩基損傷や切断端に共有結合する蛋白質)を除去し、3末端水酸基と5’末端リン酸基をもつ切断端に変換する分子メカニズムを明らかにすることにあった。本研究によって、切断端周辺の付加体の除去にユビキチンリガーゼUBC13, RAP80, BRCA1が重要な役割を担っていることを明らかにした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

抗がん治療では、放射線照射によりDNA損傷を与え腫瘍細胞を殺傷する。放射線感受性を高める増感剤は、治療効果を高めるのみならず照射線量を減らすことにつながる。本研究では、放射線によって切断端に発生する塩基損傷や蛋白質付加体の除去機構を明らかにした。本研究で同定したUBC13ユビキチン化酵素依存的な付加体除去の分子機構をもとに、放射線増感剤開発が可能となる。放射線生物学において、「切断端に発生する塩基損傷や蛋白質付加体の除去」の分子機構は長らく不明であったが、本研究によってその分子メカニズムの一端が明らかとなった。

報告書

(4件)
  • 2021 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 研究成果

    (25件)

すべて 2022 2021 2020 2019 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (19件) (うち国際共著 16件、 査読あり 19件、 オープンアクセス 16件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 2件、 招待講演 4件)

  • [国際共同研究] Cabimer研究所(スペイン)

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [雑誌論文] XRCC1 counteracts poly(ADP ribose)polymerase (PARP) poisons, olaparib and talazoparib, and a clinical alkylating agent, temozolomide, by promoting the removal of trapped PARP1 from broken DNA.2022

    • 著者名/発表者名
      Hirota Kouji、Ooka Masato、Shimizu Naoto、Yamada Kousei、Tsuda Masataka、Ibrahim Mahmoud Abdelghany、Yamada Shintaro、Sasanuma Hiroyuki、Masutani Mitsuko、Takeda Shunichi
    • 雑誌名

      Genes to Cells

      巻: in press 号: 5 ページ: 331-344

    • DOI

      10.1111/gtc.12929

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] PRDX1 is essential for the viability and maintenance of reactive oxygen species in chicken DT402021

    • 著者名/発表者名
      Moriwaki Takahito、Yoshimura Akari、Tamari Yuki、Sasanuma Hiroyuki、Takeda Shunichi、Seki Masayuki、Tano Keizo
    • 雑誌名

      Genes and Environment

      巻: 43 号: 1 ページ: 1-8

    • DOI

      10.1186/s41021-021-00211-4

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Protein phosphatase 1 acts as a RIF1 effector to suppress DSB resection prior to Shieldin action2021

    • 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

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] FANCD2-Associated Nuclease 1 Partially Compensates for the Lack of Exonuclease 1 in Mismatch Repair2021

    • 著者名/発表者名
      Kratz Katja、Artola-Born Mariela、Kobayashi-Era Saho、Koh Gene、Oliveira Goncalo、Kobayashi Shunsuke、Oliveira Andreia、Zou Xueqing、Richter Julia、Tsuda Masataka、Sasanuma Hiroyuki、Takeda Shunichi、Loizou Joanna I.、Sartori Alessandro A.、Nik-Zainal Serena、Jiricny Josef
    • 雑誌名

      Molecular and Cellular Biology

      巻: 41 号: 9

    • DOI

      10.1128/mcb.00303-21

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Fanconi anemia proteins participate in a break-induced-replication-like pathway to counter replication stress2021

    • 著者名/発表者名
      Xu Xinlin、Xu Yixi、Guo Ruiyuan、Xu Ran、Fu Congcong、Xing Mengtan、Sasanuma Hiroyuki、Li Qing、Takata Minoru、Takeda Shunichi、Guo Rong、Xu Dongyi
    • 雑誌名

      Nature Structural & Molecular Biology

      巻: 28 号: 6 ページ: 487-500

    • DOI

      10.1038/s41594-021-00602-9

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] XRCC1 prevents toxic PARP1 trapping during DNA base excision repair2021

    • 著者名/発表者名
      Demin Annie A.、Hirota Kouji、Tsuda Masataka、Adamowicz Marek、Hailstone Richard、Brazina Jan、Gittens William、Kalasova Ilona、Shao Zhengping、Zha Shan、Sasanuma Hiroyuki、Hanzlikova Hana、Takeda Shunichi、Caldecott Keith W.
    • 雑誌名

      Molecular Cell

      巻: 81 号: 14 ページ: 3018-3030

    • DOI

      10.1016/j.molcel.2021.05.009

    • NAID

      120007052730

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Epigenetic suppression of SLFN11 in germinal center B-cells during B-cell development2021

    • 著者名/発表者名
      Moribe F, Nishikori M, Takashima T, Taniyama D, Onishi N, Arima H, Sasanuma H, Akagawa R, Elloumi F, Takeda S, Pommier Y, Morii E, Takaori-Kondo A, Murai J.
    • 雑誌名

      PLoS One.

      巻: 16 号: 1 ページ: 0237554-0237554

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0237554

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書 2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Genetic evidence for the involvement of mismatch repair proteins, PMS2 and MLH3, in a late step of homologous recombination.2020

    • 著者名/発表者名
      Rahman MM, Mohiuddin M, Shamima Keka I, Yamada K, Tsuda M, Sasanuma H, Andreani J, Guerois R, Borde V, Charbonnier JB, Takeda S.
    • 雑誌名

      J Biol Chem.

      巻: 295 号: 51 ページ: 17460-17475

    • DOI

      10.1074/jbc.ra120.013521

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Tyrosyl-DNA phosphodiesterases are involved in mutagenic events at a ribonucleotide embedded into DNA in human cells2020

    • 著者名/発表者名
      Takeishi Ayuna、Kogashi Hiroyuki、Odagiri Mizuki、Sasanuma Hiroyuki、Takeda Shunichi、Yasui Manabu、Honma Masamitsu、Suzuki Tetsuya、Kamiya Hiroyuki、Sugasawa Kaoru、Ura Kiyoe、Sassa Akira
    • 雑誌名

      PLOS ONE

      巻: 15 号: 12 ページ: 0244790-0244790

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0244790

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Restoration of ligatable "clean" double-strand break ends is the rate-limiting step in the rejoining of ionizing-radiation-induced DNA breakage.2020

    • 著者名/発表者名
      Sasanuma H, Yamada S, Tsuda M, Takeda S.
    • 雑誌名

      DNA Repair (Amst)

      巻: 93 ページ: 102913-102913

    • DOI

      10.1016/j.dnarep.2020.102913

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Participation of TDP1 in the repair of formaldehyde-induced DNA-protein cross-links in chicken DT40 cells2020

    • 著者名/発表者名
      Toshiaki Nakano, Mahmoud I. Shoulkamy, Masataka Tsuda, Hiroyuki Sasanuma, Kouji Hirota, Minoru Takata, Shin-ichiro Masunaga, Shunichi Takeda, Hiroshi Ide, Tadayoshi Bessho, Keizo Tano
    • 雑誌名

      PLOS ONE

      巻: 15 号: 6 ページ: 0234859-0234859

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0234859

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      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Topoisomerase I-driven repair of UV-induced damage in NER-deficient cells2020

    • 著者名/発表者名
      Saha Liton Kumar、Wakasugi Mitsuo、Akter Salma、Prasad Rajendra、Wilson Samuel H.、Shimizu Naoto、Sasanuma Hiroyuki、Huang Shar-yin Naomi、Agama Keli、Pommier Yves、Matsunaga Tsukasa、Hirota Kouji、Iwai Shigenori、Nakazawa Yuka、Ogi Tomoo、Takeda Shunichi
    • 雑誌名

      Proceedings of the National Academy of Sciences

      巻: 117 号: 25 ページ: 14412-14420

    • DOI

      10.1073/pnas.1920165117

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] UBC13-Mediated Ubiquitin Signaling Promotes Removal of Blocking Adducts from DNA Double-Strand Breaks2020

    • 著者名/発表者名
      Akagawa Remi、Trinh Hai Thanh、Saha Liton Kumar、Tsuda Masataka、Hirota Kouji、Yamada Shintaro、Shibata Atsushi、Kanemaki Masato T.、Nakada Shinichiro、Takeda Shunichi、Sasanuma Hiroyuki
    • 雑誌名

      iScience

      巻: 23 号: 4 ページ: 101027-101027

    • DOI

      10.1016/j.isci.2020.101027

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書 2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] TDP2 suppresses genomic instability induced by androgens in the epithelial cells of prostate glands.2020

    • 著者名/発表者名
      Mahmud MRA, Ishii K, Lozano CB, Sainz ID, Toi M, Akamatsu S, Fukumoto M, Watanabe M, Takeda S, Ledesma FC, Sasanuma H.
    • 雑誌名

      Genes to Cells

      巻: in press 号: 7 ページ: 450-465

    • DOI

      10.1111/gtc.12770

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書 2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Enhancing the sensitivity of the thymidine kinase assay by using DNA repair-deficient human TK6 cells.2020

    • 著者名/発表者名
      Ibrahim MA, Yasui M, Saha LK, Sasanuma H, Honma M, Takeda S
    • 雑誌名

      Environ Mol Mutagen.

      巻: in press 号: 6 ページ: 602-610

    • DOI

      10.1002/em.22371

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書 2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Estrogen Induces Mammary Ductal Dysplasia via the Upregulation of Myc Expression in a DNA-Repair-Deficient Condition2020

    • 著者名/発表者名
      Itou Junji、Takahashi Rei、Sasanuma Hiroyuki、Tsuda Masataka、Morimoto Suguru、Matsumoto Yoshiaki、Ishii Tomoko、Sato Fumiaki、Takeda Shunichi、Toi Masakazu
    • 雑誌名

      iScience

      巻: 23 号: 2 ページ: 100821-100821

    • DOI

      10.1016/j.isci.2020.100821

    • NAID

      120006779803

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Type II DNA Topoisomerases Cause Spontaneous Double-Strand Breaks in Genomic DNA2019

    • 著者名/発表者名
      Morimoto S, Tsuda M, Bunch H, Sasanuma H, Austin C, Takeda S
    • 雑誌名

      Genes (Basel)

      巻: 10 号: 11 ページ: 868-868

    • DOI

      10.3390/genes10110868

    • NAID

      120006898175

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Processing of a single ribonucleotide embedded into DNA by human nucleotide excision repair and DNA polymerase η2019

    • 著者名/発表者名
      Sassa Akira、Tada Haruto、Takeishi Ayuna、Harada Kaho、Suzuki Megumi、Tsuda Masataka、Sasanuma Hiroyuki、Takeda Shunichi、Sugasawa Kaoru、Yasui Manabu、Honma Masamitsu、Ura Kiyoe
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 9 号: 1 ページ: 13910-13910

    • DOI

      10.1038/s41598-019-50421-8

    • NAID

      120006733134

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Spatial Chromosome Folding and Active Transcription Drive DNA Fragility and Formation of Oncogenic MLL Translocations2019

    • 著者名/発表者名
      Gothe HJ, Bouwman BAM, Gusmao EG, Piccinno R, Petrosino G, Sayols S, Drechsel O, Minneker V, Josipovic N, Mizi A, Nielsen CF, Wagner EM, Takeda S, Sasanuma H, et al
    • 雑誌名

      Molecular Cell

      巻: 75 号: 2 ページ: 267-283.e12

    • DOI

      10.1016/j.molcel.2019.05.015

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] がん抑制遺伝子BRCA2の 遺伝子ネットワーク解析2021

    • 著者名/発表者名
      笹沼博之
    • 学会等名
      第44回日本分子生物学会年会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 難治性DNA損傷とその修復の分子機構2020

    • 著者名/発表者名
      笹沼博之
    • 学会等名
      分子生物学会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 難治性DNA損傷がもたらす疾患発症の分子機構2020

    • 著者名/発表者名
      笹沼博之
    • 学会等名
      難病のプロテオ医学2020『Cell Growth, Replication Stress and Genomic Instability in Cancer』
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] A novel role of BRCA1 in the repair of estrogen-induced pathological topoisomerase II-DNA complex2020

    • 著者名/発表者名
      Hiroyuki Sasanuma
    • 学会等名
      第78回日本癌学会学術総会シンポジウム
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] DNA二重鎖切断末端の付加体の除去はいかにして行われるか?2019

    • 著者名/発表者名
      笹沼博之
    • 学会等名
      核酸代謝鶴岡カンファレンス
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2019-04-18   更新日: 2023-01-30  

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