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ケモテクノロジーで探るDNAメチル化部位特異的なユビキチンシグナル機能とその制御

公募研究

研究領域ケモテクノロジーが拓くユビキチンニューフロンティア
研究課題/領域番号 19H05285
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 複合領域
研究機関東京大学

研究代表者

西山 敦哉  東京大学, 医科学研究所, 准教授 (50378840)

研究期間 (年度) 2019-06-28 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
8,060千円 (直接経費: 6,200千円、間接経費: 1,860千円)
2020年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2019年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
キーワード5-aza-dC / DNMT1 / UHRF1 / ユビキチン / SUMO / DNAメチル化 / 質量分析 / ユビキチン化 / ヒストン / USP7 / PAF15
研究開始時の研究の概要

DNAメチル化は様々な生命現象に重要な役割を果たすエピジェネティクス修飾であり、その脱制御はがんをはじめとする様々な疾患を引き起こす。ゲノム上のDNAメチル化模様はDNA複製時に正確にコピーされる必要があり、これはDNAメチル化酵素DNMT1を中心とするDNAメチル化維持機構によって制御されている。近年、DNAメチル化維持においてユビキチンシグナルが重要な役割を果たすことが示されつつあるが、その全容は明らかでない。そこで、本研究はDNAメチル化維持を制御するユビキチンシグナル経路をケモテクノロジーを用いて制御することで、その作動機構と役割を明らかにすることを目指す。

研究実績の概要

当該年度においては、DNAメチル化酵素阻害剤として用いられている低分子化合物5-aza-dCTPがDNA維持メチル化機構に及ぼす影響についての解析を中心に研究を実施した。5-aza-dCTPはdCTPの誘導体であり、DNA複製時にゲノムDNAに取り込まれると、DNAメチル化酵素DNMT1と不可逆的なDNA-タンパク質架橋を形成することで、DNMT1の阻害とそれに伴うタンパク質分解を誘導することが報告されている。しかしながら、DNMT1-5azadC架橋がどのようなプロセスで修復されるのかは明らかとなっていない。そこで、DNA維持メチル化の過程を試験管内で再現可能であるXenopus egg extracts由来の無細胞系をを用いて、この問題に取り組んだ。まず、5-aza-dCTP処理に伴い、DNMT1がクロマチンへの強い蓄積を引き起こすことを確認した。また、興味深いことに、この時DNMT1はSUMOによる翻訳後修飾を受けることが明らかになった。さらに、DNMT1の制御因子であるE3ユビキチンリガーゼも、DNMT1同様にクロマチンに集積しており、UHRF1のユビキチン化基質であるヒストンH3やPAF15が強くユビキチン化されていた。このような状況下でクロマチンに集積するタンパク質についてCHROMASS法を用いて網羅的に同定したところ、SUMOシグナル依存的、あるいは非依存的にクロマチンに集積するタンパク質を20種類同定することに成功した。一部のタンパク質については、特異抗体を用いて、5-aza-dC処理したクロマチンへの集積をイムノブロットによっても確認している。現在、これらのタンパク質について、DNMT1-5-azadC架橋のプロセシングにどのような役割を果たすのか、解析をさらに進めている。

現在までの達成度 (段落)

令和2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

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 研究成果

    (9件)

すべて 2021 2020 2019 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 1件、 査読あり 2件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 1件、 招待講演 2件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] Ludwig-Maximilians-Universit Munich(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [雑誌論文] HPF1-dependent PARP activation promotes LIG3-XRCC1-mediated backup pathway of Okazaki fragment ligation2021

    • 著者名/発表者名
      Kumamoto Soichiro、Nishiyama Atsuya、Chiba Yoshie、Miyashita Ryota、Konishi Chieko、Azuma Yoshiaki、Nakanishi Makoto
    • 雑誌名

      Nucleic Acids Research

      巻: - 号: 9 ページ: 5003-5016

    • DOI

      10.1093/nar/gkab269

    • 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] Two distinct modes of DNMT1 recruitment ensure stable maintenance DNA methylation2020

    • 著者名/発表者名
      A. Nishiyama, C. Mulholland, S. Bultmann, S. Kori, A. Endo, Y. Saeki, W. Qin, C. Trummer, Y. Chiba, H. Yokoyama, S. Kumamoto, T. Kawakami, H. Hojo, G. Nagae, H. Aburatani, K. Tanaka, K. Arita, H. Leonhardt, M. Nakanishi
    • 雑誌名

      Nat. Commun.

      巻: 11 号: 1 ページ: 1222-1222

    • DOI

      10.1038/s41467-020-15006-4

    • 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] DNA維持メチル化機構を制御するユビキチンシグナル2020

    • 著者名/発表者名
      西山敦哉
    • 雑誌名

      ファルマシア

      巻: 56 号: 1 ページ: 36-40

    • DOI

      10.14894/faruawpsj.56.1_36

    • NAID

      130007779037

    • ISSN
      0014-8601, 2189-7026
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] DNA複製に伴う岡崎フラグメント連結を保証する分子機構2020

    • 著者名/発表者名
      西山 敦哉, 隈本 宗一郎, 千葉 祥恵, 中西 真
    • 学会等名
      第93回日本生化学会大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] DNMT1のメチル化部位への局在を保証する2つの異なる分子機構2019

    • 著者名/発表者名
      西山 敦哉, Christopher B. Mulholland, Sebastian Bultmann, 郡 聡実, 遠藤 彬則, 千葉 祥恵, 隈本 宗一郎, 佐伯 泰, 有田 恭平, Heinrich Leonhardt, 中西 真
    • 学会等名
      42nd MBSJ, Symposium ” Crosstalk between epigenome replication, genome stability, and chromatin organization ”
    • 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] The LIG3/XRCC1 complex ensures Okazaki fragment ligation in the absence of LIG12019

    • 著者名/発表者名
      隈本 宗一郎、西山 敦哉、千葉 祥恵、中西 真
    • 学会等名
      第37回染色体ワークショップ・第18回核ダイナミクス研究会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Molecular mechanism of Okazaki fragment ligation2019

    • 著者名/発表者名
      隈本 宗一郎、西山 敦哉、千葉 祥恵、中西 真
    • 学会等名
      第42回日本分子生物学会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [備考] 細胞記憶継承をDNA複製と協調するメカニズムの解明

    • URL

      https://www.ims.u-tokyo.ac.jp/imsut/jp/about/press/page_00056.html

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書

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公開日: 2019-07-04   更新日: 2021-12-27  

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