量子ビーム散乱法の協奏的利用による機能性ヌクレオソームの溶液構造解析

• 研究領域: 動的クロマチン構造と機能
• 研究課題/領域番号: 16H01306
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 生物系
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 杉山 正明 京都大学, 原子炉実験所, 教授 (10253395)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 10,400千円 (直接経費: 8,000千円、間接経費: 2,400千円); 2017年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円); 2016年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円)
• キーワード: 中性子溶液散乱 / X線溶液散乱 / コントラスト変調 / ヌクレオソーム / SAXS / SANS / クロマチン / X線小角散乱 / 中性子小角散乱 / コントラスト変調法 / ヒストンバリアント / Ｘ線小角散乱

研究実績の概要

クロマチンは基本構成単位であるヌクレオソームが連結した構造を取っているが、遺伝子の転写時にはDNAの転写対象領域をRNAポリメラーゼと相互作用させるために、オーバーランピング・ジ・ヌクレオソーム(Overlapping di Nucleosome: OLDN)と呼ばれる特殊なジ・ヌクレオソームが形成されると考えられている。OLDNはヒストン8量体と6量体(通常のヒストンコアからヒストンが2量体分脱落)にDNAが巻き付いた構造をしていると考えられてが、このOLDNの結晶構造を共同研究者の胡桃坂グループが世界で初めて明らかにした。本研究ではOLDNにおける2つのヒストンコア間の相互作用を明らかにするために、種々の変異体を導入したOLDNの溶液構造解析を行った。具体的にはX線小角散乱法を用いて非常に精度良く散乱曲線を測定し、１％以下の精度で慣性半径を求め、その値より変異体導入によるヒストンコア間のパッキングの強弱を精査した。その結果、ヒストン表面の疎水性相互作用部位が両者のパッキングに寄与していることが判明した。加えて、コントラスト変調中性子小角散乱法により、OLDN中のヒストンコアおよびDNAの溶液中での選択的構造測定を行った。この測定データとX線小角散乱によるOLDNの全体構造データを合わせてNormal mode解析及び分子動力学計算を用いた新たな構造解析法の確立と実際にOLDNの構造解析を行った。その結果、結晶構造解析では十分に構造が判明できなかったDNA部分を軸に、溶液中では２つのヒストンコアが揺らいでいることが示唆された。

現在までの達成度 (段落)

29年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

29年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Solution scattering approaches to dynamical ordering in biomolecular systems (2018)
  • 著者名/発表者名: Bernad? Pau、Shimizu Nobutaka、Zaccai Giuseppe、Kamikubo Hironari、Sugiyama Masaaki
  • 雑誌名: Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - General Subjects 巻: 1862 号: 2 ページ: 253-274
  • DOI: 10.1016/j.bbagen.2017.10.015
  • 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
• [雑誌論文] 2017 publication guidelines for structural modelling of small-angle scattering data from biomolecules in solution: an update (2017)
  • 著者名/発表者名: Trewhella Jill、Sugiyama Masaaki, etal.,
  • 雑誌名: Acta Crystallographica Section D Structural Biology 巻: 73 号: 9 ページ: 710-728
  • DOI: 10.1107/s2059798317011597
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Interaction between intrinsically disordered regions in transcription factors Sp1 and TAF4 (2016)
  • 著者名/発表者名: E. Hibino, R. Inoue, M. Sugiyama, J. Kuwahara, K. Matsuzaki, and M. Hoshino
  • 雑誌名: Protein Science 巻: ２５ 号: 11 ページ: 2006-2017
  • DOI: 10.1002/pro.3013
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] Neutron Scattering for Bio-molecular Systems (2017)
  • 著者名/発表者名: Masaaki Sugiyama
  • 学会等名: Grand Challenges in Small-angle Scattering
  • 発表場所: Okazaki, Japan
  • 年月日: 2017-03-19
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 統合構造生物学における中性子溶液散乱法 (2017)
  • 著者名/発表者名: 杉山正明
  • 学会等名: 第17回日本中性子科学会年会
• [学会発表] 溶液中性子散乱 (2017)
  • 著者名/発表者名: 杉山正明
  • 学会等名: 中性子生物構造研究会
  • 招待講演
• [学会発表] 量子ビーム散乱法の協奏的利用による機能性ヌクレオソームの溶液構造解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 杉山正明
  • 学会等名: 新学術領域 動的クロマチン構造と機能 第5回班会議