ヌクレオソームにおける紫外線DNA損傷の収納と認識の分子機構

• 研究領域: ゲノム複製・修復・転写のカップリングと普遍的なクロマチン構造変換機構
• 研究課題/領域番号: 25131720
• 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: 早稲田大学
• 研究代表者: 越阪部 晃永 早稲田大学, 理工学術院, 助教 (70632107)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 11,180千円 (直接経費: 8,600千円、間接経費: 2,580千円); 2014年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円); 2013年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円)
• キーワード: クロマチン / 紫外線損傷 / ヌクレオチド除去修復 / ヒストン / 6-4光産物 / ヌクレオソーム / 染色体 / ゲノム / 遺伝情報

研究実績の概要

本研究の目的は、紫外線損傷を受けたDNAのクロマチン収容機構および認識機構を明らかにすることである。遺伝情報の担体であるゲノムDNAは、様々な内外的な要因によって損傷を受けることが知られている。特に、隣接するピリミジン残基が架橋されるシクロブタン型ピリミジン二量体(CPD)や6-4光産物などの塩基損傷は、紫外線によって導入されることが知られている。生物において、これらの紫外線塩基損傷は生体内で必須の各反応機構の妨げとなるため、ヌクレオチド除去修復経路によって修復される。一方、真核生物のゲノムDNAはヌクレオソームを基本単位としたクロマチンを形成し、細胞核内に収納される。従って、紫外線による塩基損傷の導入やその修復はクロマチン上で行われると考えられる。しかし、紫外線によって損傷を受けた塩基がどのようにしてクロマチンに収納され、ヌクレオチド除去修復関連因子によって認識・修復されるかは未だ不明であった。そこで本研究では、特定の位置に6-4光産物を導入したDNAを用いてヌクレオソームを試験管内で再構成し、X線結晶構造解析および損傷認識タンパク質を用いた生化学的解析によって上述の問題の解明を目指した。6-4光産物をヒストン側および溶媒側に配置したヌクレオソームのX線結晶構造解析の結果、導入した6-4光産物が相補鎖と塩基対を形成できないために導入した損傷箇所のDNAが大きく揺らいでいることを2種類のヌクレオソームに共通して見出した。次に、紫外線損傷認識タンパク質UV-DDBを用いてヌクレオソーム中の6-4光産物の認識機構を生化学的に解析した。その結果、UV-DDBは導入された損傷塩基の向きに依存せずに、6-4光産物の導入によって生じた不安定な塩基対の揺らぎを認識することが明らかになった。これらの成果について、研究代表者が第一著者として論文投稿中である。

現在までの達成度 (段落)

26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

26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] Human tNASP promotes in vitro nucleosome assembly with histone H3.3. (2015)
  • 著者名/発表者名: Kato, D., Osakabe, A., Tachiwana, H., Tanaka, H., and Kurumizaka, H.
  • 雑誌名: Biochemistry 巻: 54 号: 5 ページ: 1171-1179
  • DOI: 10.1021/bi501307g
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] DNA binding properties of the actin-related protein Arp8 and its role in DNA repair. (2014)
  • 著者名/発表者名: Osakabe, A., Takahashi, Y., Murakami, H., Otawa, K., Tachiwana, H., Oma, Y., Hitoshi Nishijima, H., Shibahara, K., Kurumizaka, H., Harata, M.
  • 雑誌名: PLoS One 巻: 9 号: 10 ページ: e108354-e108354
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0108354
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Nap1 stimulates homologous recombination by RAD51 and RAD54 in higher-ordered chromatin containing histone H1. (2014)
  • 著者名/発表者名: Machida, S., Takaku, M., Ikura, M., Sun, J., Suzuki, H., Kobayashi, W., Kinomura, A., Osakabe, A., Tachiwana, H., Horikoshi, Y., Fukuto, A., Matsuda, R., Ura, K., Tashiro, S., Ikura, T., and Kurumizaka, H.
  • 雑誌名: Scientific Rep. 巻: 4 号: 1 ページ: 4863-4863
  • DOI: 10.1038/srep04863
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] The centromeric nucleosome-like CENP-T-W-S-X complex induces positive supercoils into DNA. (2013)
  • 著者名/発表者名: Kozo Takeuchi, Tatsuya Nishino, Kouta Mayanagi, Naoki Horikoshi, Akihisa Osakabe, Hiroaki Tachiwana, Tetsuya Hori, Hitoshi Kurumizaka and Tatsuo Fukagawa.
  • 雑誌名: Nucleic Acids Research 巻: 42 号: 3 ページ: 1644-1655
  • DOI: 10.1093/nar/gkt1124
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Structural basis of a nucleosome containing histone H2A. B/H2A. Bbd that transiently associates with reorganized chromatin. (2013)
  • 著者名/発表者名: Arimura Y., Kimura H., Oda T., Sato K., Osakabe A., Tachiwana H., Sato Y., Kinugasa Y., Ikura T., Sugiyama M., Sato M., Kurumizaka H.
  • 雑誌名: Sci Rep. 巻: 3 号: 1 ページ: 3510-3510
  • DOI: 10.1038/srep03510
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Structural polymorphism in the L1 loop regions of human H2A. Z. 1 and H2A. Z. 2. (2013)
  • 著者名/発表者名: Naoki Horikoshi, Koichi Sato, Keisuke Shimada, Yasuhiro Arimura, Akihisa Osakabe, Hiroaki Tachiwana, Yoko Hayashi-Takanaka, Wakana Iwasaki, Wataru Kagawa, Masahiko Harata, Hiroshi Kimura and Hitoshi Kurumizaka.
  • 雑誌名: Acta Crystallographica Section D 巻: 69 号: 12 ページ: 2431-2439
  • DOI: 10.1107/s090744491302252x
  • 査読あり
• [雑誌論文] Contribution of histone N-terminal tails to the structure and stability of nucleosomes. (2013)
  • 著者名/発表者名: Wakana Iwasaki, Yuta Miya, Naoki Horikoshi, Akihisa Osakabe, Hiroyuki Taguchi, Hiroaki Tachiwana, Takehiko Shibata, Wataru Kagawa and Hitoshi Kurumizaka.
  • 雑誌名: FEBS Open Bio 巻: 3 号: 1 ページ: 363-369
  • DOI: 10.1016/j.fob.2013.08.007
  • 査読あり
• [学会発表] ヌクレオソームにおける紫外線損傷塩基の収納およびその認識機構の解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 越阪部晃永、立和名博昭、堀越直樹、香川亘、山元淳平、安田 武嗣、花岡文雄、菅澤薫、岩井成憲、胡桃坂仁志
  • 学会等名: 第37回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2014-11-25 – 2014-11-27
• [学会発表] Structures of the nucleosomes containing UV-damaged DNA bases and the damaged base recognition mechanism by DNA repair proteins (2014)
  • 著者名/発表者名: Akihisa Osakabe, Hiroaki Tachiwana, Naoki Horikoshi, Wataru Kagawa, Junpei Yamamoto, Takeshi Yasuda, Fumio Hanaoka, Kaoru Sugasawa, Shigenori Iwai, Hitoshi Kurumizaka
  • 学会等名: 5th US-Japan DNA Repair Meeting
  • 発表場所: 徳島
  • 年月日: 2014-10-28 – 2014-10-31
  • 招待講演
• [学会発表] Structural and biochemical analyses of the nucleosome containing UV-damaged DNA (2014)
  • 著者名/発表者名: Osakabe A, Tachiwana H, Horikoshi N, Kagawa W, Yasuda T, Hanaoka F, Sugasawa K, Iwai S, Kurumizaka H
  • 学会等名: International Conference: Replication, Repair and Transcription
  • 発表場所: 京都
• [学会発表] メチル化DNAを含むヌクレオソームの再構成および生化学的物理学的解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 越阪部晃永, 足立風水也, 加藤大貴, 町田晋一, 堀越直樹, 林田亮太, 胡桃坂仁志
  • 学会等名: 第36回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: 神戸
• [学会発表] メチル化DNAを含むヌクレオソームの再構成および生化学的解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 越阪部晃永, 足立風水也, 竹田瑶弥, 有村泰宏, 堀越直樹, 胡桃坂仁志
  • 学会等名: 第31回染色体ワークショップ・第12回核ダイナミクス研究会
  • 発表場所: 箱根
• [学会発表] 紫外線損傷DNAを含むヌクレオソームの構造生物学・生化学的解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 越阪部晃永, 立和名博昭, 堀越直樹, 香川亘, 安田 武嗣, 花岡文雄, 菅澤薫, 岩井成憲, 胡桃坂仁志
  • 学会等名: 第22回 DNA複製・組換え・修復ワークショップ
  • 発表場所: 仙台
• [学会発表] DNAのメチル化がヌクレオソーム構造に与える影響 (2013)
  • 著者名/発表者名: 越阪部晃永
  • 学会等名: 大阪大学蛋白質研究所セミナー「DNAメチル化の制御機構-メチル化模様形成、維持と消去-」
  • 発表場所: 大阪
  • 招待講演
• [学会発表] 紫外線損傷DNAを含むヌクレオソームの生化学的解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 越阪部晃永, 堀越直樹, 立和名博昭, 香川亘, 安田 武嗣, 花岡文雄, 菅澤薫, 岩井成憲, 胡桃坂仁志
  • 学会等名: 第86回日本生化学会大会
  • 発表場所: 横浜
• [学会発表] メチル化DNAを含むヌクレオソームの生化学的解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 越阪部晃永, 足立風水也, 加藤大貴, 堀越直樹, 齋藤義正, 胡桃坂仁志
  • 学会等名: 第7回日本エピジェネティクス研究会年会
  • 発表場所: 奈良
• [図書] エピジェネティクスキーワード事典 (2013)
  • 著者名/発表者名: 胡桃坂仁志,越阪部晃永,有村泰宏
  • 総ページ数: 4
  • 出版者: 羊土社
• [備考] 研究代表者が所属する研究室のホームページ
  • URL: http://www.eb.waseda.ac.jp/kurumizaka/
• [備考] 胡桃坂研究室ホームページ
  • URL: http://www.eb.waseda.ac.jp/kurumizaka/