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5-aza-dCTPによる新たなDNA維持メチル化制御機構の解明

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 21H00272
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) 2021-04-01 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
7,280千円 (直接経費: 5,600千円、間接経費: 1,680千円)
2022年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)
2021年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)
キーワードDNAメチル化 / ユビキチン / 脱ユビキチン化 / USP7 / DNA複製 / SUMO / 架橋修復 / DNMT1 / タンパク質ーDNA架橋 / DNAメチル化阻害剤
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、その脱制御は様々な疾患の原因となる。5-aza-dCTPはDNAメチル酵素と不可逆的な架橋結合を形成することでDNA脱メチル化を誘導する核酸アナログである。しかし、5-aza-dCTPとDNMTによるDNAータンパク質架橋の修復経路の分子機構は十分に理解されていない。本研究はDNA複製に伴うDNAメチル化維持のプロセスを試験管内で再現可能なツメガエル卵抽出液を実験系に用いて、維持型DNAメチル化酵素であるDNMT1-DNA架橋の制御因子とその役割を明らかにすることを目的として行う。

研究実績の概要

DNAのメチル化は転写制御、発生、分化など様々な生命現象を制御する重要なエピジェネティック修飾の一つである。染色体上のDNAメチル化パターンはDNA複製に伴い正確に維持される必要がある。維持型DNAメチル化酵素DNMT1とそのリクルーターであるE3ユビキチンリガーゼUHRF1はDNA維持メチル化を担う中心的因子である。本研究は、1)DNMT1とその阻害剤である5-aza-dCTPが形成するDNMT1-DNA架橋制御機構の解析、2)DNA複製後にUHRF1によって生成されるユビキチンシグナルを解消する脱ユビキチン化酵素の制御機構の解析を目的として行った。
1)DNMT1-DNA架橋の制御機構の解析
まず、DNA維持メチル化の過程を再現可能であるツメガエル卵抽出液由来の無細胞系を用いて、5-aza-dCTP添加依存的にDNMT1-DNA架橋の形成を誘導したところ、DNMT1の染色体DNA上への蓄積、またそれに伴うDNMT1の高度なSUMO化が起こることを見出した。さらに、DNA架橋形成に伴いクロマチン上に蓄積するタンパク質の網羅的解析を行い、Death domain-associated protein (DAXX)を含む複数のタンパク質を同定した。さらにDAXXがDNMT1のSUMO化依存的にクロマチンに集積し、DNMT1のSUMO化をさらに促進することを明らかにした。
2)UHRF1に拮抗する脱ユビキチン化酵素の解析
PAF15の結合因子解析により、脱ユビキチン化酵素USP7を同定した。その後の解析により、USP7がPAF15の脱ユビキチン化を促進すること、また脱ユビキチン化されたPAF15がRLC-ATAD5複合体によって、クロマチン上から除去されることを見出し、報告した (Miyashita et al., eLife, 2022)。

現在までの達成度 (段落)

令和4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4年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 研究成果

    (19件)

すべて 2023 2022 2021 その他

すべて 国際共同研究 (4件) 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 4件、 査読あり 6件、 オープンアクセス 5件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 3件、 招待講演 6件) 備考 (2件)

  • [国際共同研究] ミュンヘン大学(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [国際共同研究] CNRS(フランス)

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [国際共同研究] ロックフェラー大学(米国)

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [国際共同研究] University of Munchen(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [雑誌論文] The termination of UHRF1-dependent PAF15 ubiquitin signaling is regulated by USP7 and ATAD52023

    • 著者名/発表者名
      Miyashita Ryota、Nishiyama Atsuya、Qin Weihua、Chiba Yoshie、Kori Satomi、Kato Norie、Konishi Chieko、Kumamoto Soichiro、Kozuka-Hata Hiroko、Oyama Masaaki、Kawasoe Yoshitaka、Tsurimoto Toshiki、Takahashi Tatsuro S、Leonhardt Heinrich、Arita Kyohei、Nakanishi Makoto
    • 雑誌名

      eLife

      巻: 12 ページ: 79013-79013

    • DOI

      10.7554/elife.79013

    • 関連する報告書
      2022 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] Structural basis for activation of DNMT12022

    • 著者名/発表者名
      Kikuchi A, Onoda H, Yamaguchi K, Kori S, Matsuzawa S, Chiba Y, Tanimoto S, Yoshimi S, Sato H, Yamagata A, Shirouzu M, Adachi N, Sharif J, Koseki H, Nishiyama A, Nakanishi M, Defossez PA, Arita K
    • 雑誌名

      Nat Commun.

      巻: 13 (1) 号: 1 ページ: 1-11

    • DOI

      10.1038/s41467-022-34779-4

    • 関連する報告書
      2022 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] Structural basis for the unique multifaceted interaction of DPPA3 with the UHRF1 PHD finger.2022

    • 著者名/発表者名
      Hata K, Kobayashi N, Sugimura K, Qin W, Haxholli D, Chiba Y, Yoshimi S, Hayashi G, Onoda H, Ikegami T, Mulholland CB, Nishiyama A, Nakanishi M, Leonhardt H, Konuma T, Arita K
    • 雑誌名

      Nucleic Acids Res.

      巻: 50 号: 21 ページ: 12527-12542

    • DOI

      10.1093/nar/gkac1082

    • 関連する報告書
      2022 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] Navigating the DNA methylation landscape of cancer2021

    • 著者名/発表者名
      Nishiyama Atsuya、Nakanishi Makoto
    • 雑誌名

      Trends in Genetics

      巻: 37 号: 11 ページ: 1012-1027

    • DOI

      10.1016/j.tig.2021.05.002

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [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
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Structure-based screening combined with computational and biochemical analyses identified the inhibitor targeting the binding of DNA Ligase 1 to UHRF12021

    • 著者名/発表者名
      Kori Satomi、Shibahashi Yuki、Ekimoto Toru、Nishiyama Atsuya、Yoshimi Sae、Yamaguchi Kosuke、Nagatoishi Satoru、Ohta Masateru、Tsumoto Kouhei、Nakanishi Makoto、Defossez Pierre-Antoine、Ikeguchi Mitsunori、Arita Kyohei
    • 雑誌名

      Bioorg Med Chem

      巻: 52 ページ: 116500-116500

    • DOI

      10.1016/j.bmc.2021.116500

    • 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
  • [学会発表] The termination of UHRF1-dependent PAF15 ubiquitin signaling is regulated by USP7 and ATAD52022

    • 著者名/発表者名
      西山敦哉
    • 学会等名
      第15回エピジェネティクス研究会年会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] DNAメチル化継承の分子機構2022

    • 著者名/発表者名
      西山敦哉
    • 学会等名
      日本遺伝学会第94回大会シンポジウムA
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] DNMT1-DNA架橋によって誘導されるSUMOシグナルとその制御機構2022

    • 著者名/発表者名
      西山 敦哉, 谷本 翔汰, 千葉 祥恵, 遠藤 彬則, 佐伯 泰, 中西 真
    • 学会等名
      第95回日本生化学会大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] USP7とATAD5はUHRF1依存的なPAF15ユビキチンシグナルを制御する2022

    • 著者名/発表者名
      西山 敦哉 宮下 諒太 千葉 祥恵 郡 聡実 加藤 修衣 河添 好孝 秦 裕子 尾山 大明 高橋 達郎 有田 恭平 中西 真
    • 学会等名
      第45回分子生物学会年会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 日本遺伝学会第93回大会2021

    • 著者名/発表者名
      隈本宗一郎、西山敦哉、千葉祥恵、宮下諒太、小西知恵子、東義明、中西真
    • 学会等名
      DNAメチル化と岡崎フラグメント連結をリンクする分子機構
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Molecular mechanism of DNMT1-DNA cross-link repair2021

    • 著者名/発表者名
      Atsuya Nishiyama, Akinori Endoh, Yoshie Chiba, Chieko Konishi, Ayane Kaketani, Tomomi Nagatani, Yasushi, Saeki, Makoto Nakanishi
    • 学会等名
      The 80th Annual Meeting of the Japanese Cancer Association
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] PAF15ユビキチン化の制御機構2021

    • 著者名/発表者名
      宮下諒太, 西山敦哉, 秦 裕子, 尾山 大明, 千葉 祥恵, 中西 真
    • 学会等名
      第94回日本生化学会大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [備考] DNAメチル化制御因子PAF15のUSP7とATAD5を介した 不活性化の分子機構を解明

    • URL

      https://non-genome.com/activities/3214/

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [備考] 岡崎フラグメントの連結を堅牢に保証する分子メカニズム

    • URL

      https://non-genome.com/activities/2121/

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書

URL: 

公開日: 2021-04-28   更新日: 2023-12-25  

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