ヒストンの化学修飾を介したヌクレオソーム構造変換反応の解明

• 研究課題/領域番号: 21370052
• 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: 機能生物化学
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 堀越 正美 東京大学, 分子細胞生物学研究所, 准教授 (70242089)
• 研究期間 (年度): 2009 – 2011
• 研究課題ステータス: 完了 (2011年度)
• 配分額: 18,980千円 (直接経費: 14,600千円、間接経費: 4,380千円); 2011年度: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円); 2010年度: 6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円); 2009年度: 8,060千円 (直接経費: 6,200千円、間接経費: 1,860千円)
• キーワード: 遺伝子の情報発現と複製 / 遺伝子 / 酵素 / 生体分子 / 構造変換 / 蛋白質 / 発現制御

研究概要

転写反応では、ヒストンのアセチル化やメチル化等様々なシグナル情報に応答してプロオーター領域周辺のヌクレオソーム構造が解離する。ヒストンのアセチル化を認識するブロモドメインと、ヌクレオソームの解離に際して働く因子との相互作用が報告されているが、ヒストン化学修飾とヌクレオソームの解離を連動させる構造的基盤は何ひとつ明らかにされていなかった。報告者は転写開始因子TFIIDのCCG1サブユニット中の繰り返しブロモドメインとヒストンシャペロンCIAとの複合体のX線結晶構造を3.3Aレベルの解像能で決定した。構造的、生化学的、生物学的解析により、繰り返しブロモドメインとCIAとの相互作用は転写活性化プロモーター領域における共局在性、ヒストン解離、そしてpolII導入にとって必要であった。更に今回の結晶構造解析では、ヒストンアセチル化とCIAを介したヒストンの解離とを連動させている特徴を見出した。転写活性化プロモーター領域における部位特異的なヒストンの解離において、CIAと繰り返しブロモドメインとの分子複合体が重要な鍵を握っていることを示している。報告者は、ヒストン化学修飾からヌクレオソーム構造変換に至るシグナル伝達の最初の構造基盤モデル(hi-MOSTモデル)を報告することに至った。(本概要には、真核細胞遺伝子発現制御の最大の課題を解明した点のみをここに記し、他の成果は4.に示した。)

研究成果

• [雑誌論文] Nucleosome surface containing nucleosomal DNA entry/exit site regulates H3-K36me3 via DNA entry/exit site regulates H3-K36me3 via (2012)
  • 著者名/発表者名: H.Endo, Y.Nakabayashi, S.Kawashima, T.Enomoto, M.Seki & M.Horikoshi
  • 雑誌名: Genes Cells 巻: 17 号: 1 ページ: 65-81
  • DOI: 10.1111/j.1365-2443.2011.01573.x
  • 査読あり
• [雑誌論文] Global analysis for functional residues of histone variant Htz1 using the comprehensive point mutant library (2011)
  • 著者名/発表者名: A.Kawano, Y.Hayashi, S.Noguchi, H.Handa, M.Horikoshi & Y.Yamaguchi
  • 雑誌名: Genes Cells 巻: 16 号: 5 ページ: 590-607
  • DOI: 10.1111/j.1365-2443.2011.01512.x
  • 査読あり
• [雑誌論文] Biphasic chromatin binding of histone chaperone FACT during eukaryotic chromatin DNA replication (2011)
  • 著者名/発表者名: L.R.Kundu, M.Seki, H.Murofushi,A.Furukohri, S.Waga, A.J.Score, J.J.Blow, M.Horikoshi, T.Enomoto & S.Tada
  • 雑誌名: Biochim.Biophys.Acta 巻: 1813 号: 6 ページ: 1129-36
  • DOI: 10.1016/j.bbamcr.2011.01.002
  • 査読あり
• [雑誌論文] Global analysis of core histones reveals nucleosomal surfaces required for chromosomebi-orientation (2011)
  • 著者名/発表者名: S.Kawashima, Y.Nakabayashi, K.Matsubara, N.Sano, T.Enomoto, K.Tanaka, M.Seki & M.Horikoshi
  • 雑誌名: EMBO J. 巻: 30 号: 16 ページ: 3353-3367
  • DOI: 10.1038/emboj.2011.241
  • 査読あり
• [雑誌論文] The histone chaperone FACT maintains replication fork rates (2011)
  • 著者名/発表者名: T.Abe, K.Sugimura, Y.Hosono, Y.Takami, M.Akita, A.Yoshimura, S.Tada, T.Nakayama, H.Murofushi, K.Okumura, S.Takeda, M.Horikoshi, M.Seki & T.Enomoto
  • 雑誌名: J.Biol.Chem. 巻: 286 号: 35 ページ: 30504-30512
  • DOI: 10.1074/jbc.m111.264721
  • 査読あり
• [雑誌論文] The roles of histone chaperone CIA/Asf1 in nascent DNA elongation during nucleosome replication. (2011)
  • 著者名/発表者名: K.Ishikawa, T.Ohsumi, S.Tada, R.Natsume, L.R.Kundu, N.Nozaki, T.Senda, T.Enomoto, M.Horikoshi & M.Seki
  • 雑誌名: Genes Cells 巻: 16 号: 10 ページ: 1050-1062
  • DOI: 10.1111/j.1365-2443.2011.01549.x
  • 査読あり
• [雑誌論文] Biphasic chromatin binding of histone chaperone FACT during eukaryotic chromatin DNA replication (2011)
  • 著者名/発表者名: L.Kundu, et al
  • 雑誌名: Biochim.Biophys.Acta 巻: 1813 ページ: 1129-1136
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structure of the histone chaperone CIA/ASF1-double bromodomain complex connecting histone modifications and site-specific histone eviction (2010)
  • 著者名/発表者名: Y.Akai, N.Adachi, Y.Hayashi, M.Eitoku, N.Sano, R.Natsume, N.Kudo, M.Tanokura, T.Senda & M.Horikoshi
  • 雑誌名: Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A. 巻: 107 号: 18 ページ: 8153-8158
  • DOI: 10.1073/pnas.0912509107
  • 査読あり
• [雑誌論文] Global analysis of functional relationships between histone point mutations and the effects of histone deacetylase inhibitors (2010)
  • 著者名/発表者名: L.Sato, S.Noguchi, Y.Hayashi, M.Sakamoto & M.Horikoshi
  • 雑誌名: Genes Cells 巻: 15 号: 6 ページ: 553-594
  • DOI: 10.1111/j.1365-2443.2010.01408.x
  • 査読あり
• [雑誌論文] Chromatin dynamics mediated by histone modifiers and histone chaperones in postreplicative recombination (2010)
  • 著者名/発表者名: H.Endo, S.Kawashima, L.Sato, M.S.Lai, T.Enomoto, M.Seki & M.Horikoshi
  • 雑誌名: Genes Cells 巻: 15 号: 9 ページ: 945-958
  • DOI: 10.1111/j.1365-2443.2010.01435.x
  • 査読あり
• [雑誌論文] Theoretical framework for the histone modification network: modifications in the unstructured histone tails form a robust scale-free network (2009)
  • 著者名/発表者名: Y.Hayashi, T.Senda, N.Sano & M.Horikoshi
  • 雑誌名: Genes Cells 巻: 14 号: 7 ページ: 789-806
  • DOI: 10.1111/j.1365-2443.2009.01314.x
  • 査読あり
• [雑誌論文] Global analysis of mutual interaction surfaces of nucleosomes with comprehensive point mutants (2009)
  • 著者名/発表者名: M.Sakamoto, S.Noguchi, S.Kawashima, Y.Okada, T.Enomoto, M.Seki & M.Horikoshi
  • 雑誌名: Genes Cells 巻: 14 号: 11 ページ: 1271-1330
  • DOI: 10.1111/j.1365-2443.2009.01350.x
  • 査読あり
• [雑誌論文] Theoretical framework for the histone modification network : modifications in the unstructured histone tails form a robust scale-free network (2009)
  • 著者名/発表者名: Y.Hayashi, et al.
  • 雑誌名: Genes Cells 巻: 14 ページ: 789-806
  • 査読あり
• [学会発表] Studies on chromatin regulation by utilizing histone-GLibrary (2012)
  • 著者名/発表者名: M.Horikoshi
  • 学会等名: Keystone Symposia-Chromatin Dynamics
  • 発表場所: Keystone (Colorado), USA
• [学会発表] Theoretical framework for the histone modification networks (2012)
  • 著者名/発表者名: M.Horikoshi
  • 学会等名: Cold Spring Harbor Laboratory Meeting-Systems Biology: Global Regulation of Gene Expression
  • 発表場所: Cold Spring Harbor (New York), USA
• [学会発表] Theoretical framework for the histone modification networks (2012)
  • 著者名/発表者名: M.Horikoshi
  • 学会等名: Cold Spring Harbor Laboratory Meeting- Systems Biology: Global Regulation of Gene Expression 2012
  • 発表場所: Cold Spring Harbor (New York), USA
• [学会発表] 生化学を基軸に独創性、そして独走性を目指した30年に及ぶ遺伝子制御研究 (2011)
  • 著者名/発表者名: 堀越正美
  • 学会等名: 第84回日本生化学会大会
  • 発表場所: 京都市
  • 年月日: 2011-09-23
• [学会発表] Network-Based Histone "Modification Web" Theory and "DESS" Strategy for Elucidating the Physiological Significance of Histone Modifications (2011)
  • 著者名/発表者名: Y.Hayashi et al.
  • 学会等名: Keystone Symposia-Histone Code: Fact or Fiction?
  • 発表場所: Utah, USA
  • 年月日: 2011-01-12
• [学会発表] Network-Based Histone "Modification Web" Theory and "DESS" Strategy for Elucidating the Physiological Significance of Histone Modifications (2011)
  • 著者名/発表者名: Y.Hayashi, et al
  • 学会等名: Keystone Symposia-Histone Code : Fact or Fiction?
  • 発表場所: Utah, USA
  • 年月日: 2011-01-12
• [学会発表] 生化学を基軸に独創性、そして独走性を目指した30年に及ぶ 遺伝子制御研究 (2011)
  • 著者名/発表者名: 堀越 正美
  • 学会等名: 第８４回日本生化学会大会
  • 発表場所: 京都
  • 招待講演
• [学会発表] 遺伝子制御のON/OFF:要素からネットワーク構造へ (2010)
  • 著者名/発表者名: 堀越正美
  • 学会等名: BMB2010(第83回日本生化学会大会・第33回日本分子生物学会年会)
  • 発表場所: 神戸ホ゜ートアイラント゛(神戸市)
  • 年月日: 2010-12-10
• [学会発表] ON/OFF on gene regulation : from component to network structure遺伝子制御のON/OFF:要素からネットワーク構造へ (2010)
  • 著者名/発表者名: 堀越正美
  • 学会等名: BMB2010(第83回日本生化学会大会・第33回日本分子生物学会年会)
  • 発表場所: 神戸ポートアイランド、神戸市
  • 年月日: 2010-12-10
• [学会発表] Regulatory mechanisms of chromatin structure and function (2010)
  • 著者名/発表者名: M.Horikoshi
  • 学会等名: Global Biomarker Conference
  • 発表場所: Vancouver, Canada
  • 年月日: 2010-09-10
• [学会発表] Regulatory mechanisms of chromatin structure and function (2010)
  • 著者名/発表者名: M.Horikoshi
  • 学会等名: 2010 Global Biomarker Conference
  • 発表場所: Vancouver, Canada
  • 年月日: 2010-09-10
• [学会発表] ヒストンコード仮説の問題点と克服 (2009)
  • 著者名/発表者名: 堀越正美
  • 学会等名: 第32回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: パシフィコ横浜(横浜市)
  • 年月日: 2009-12-12
• [学会発表] ヒストンコード仮説の問題点と克服 (2009)
  • 著者名/発表者名: 堀越正美
  • 学会等名: 第32回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: パシフィコ横浜、横浜市
  • 年月日: 2009-12-12
• [学会発表] ヒストン点変異体を用いた網羅的機能解析によるヌクレオソーム構造変換反応機構の構築 (2009)
  • 著者名/発表者名: 堀越正美
  • 学会等名: 第82回日本生化学会大会
  • 発表場所: 神戸ホ゜ートアイラント゛(神戸市)
  • 年月日: 2009-10-23
• [学会発表] ヒストン点変異体を用いた網羅的機能解析によるヌクレオソーム構造変換反応機構の構築 (2009)
  • 著者名/発表者名: 堀越正美
  • 学会等名: 第82回日本生化学会大会
  • 発表場所: 神戸ポートアイランド、神戸市
  • 年月日: 2009-10-23
• [学会発表] ヒストンコード仮説の問題点と克服 (2009)
  • 著者名/発表者名: 堀越正美
  • 学会等名: 第9回日本蛋白質科学会年会
  • 発表場所: 全日空ホテルニュースカイ(熊本市)
  • 年月日: 2009-05-20
• [学会発表] ヒストンコード仮説の問題点と克服 (2009)
  • 著者名/発表者名: 堀越正美
  • 学会等名: 第9回日本蛋白質科学会年会
  • 発表場所: 全日空ホテルニュースカイ、熊本市
  • 年月日: 2009-05-20
• [図書] スーパーサイエンスハイスクール講義-LETITBEORNOT (2009)
  • 著者名/発表者名: 堀越正美
  • 総ページ数: 254
  • 出版者: 培風館
• [図書] スーパーサイエンスハイスクール講義-LET IT BE OR NOT (2009)
  • 著者名/発表者名: 堀越正美
  • 総ページ数: 254
  • 出版者: 培風館
• [備考]
  • URL: http://www.iam.u-tokyo.ac.jp/homasami/etc.html