転写ユニティー機構を構築する多因子間相互作用の構造的解明

2021 年度 実績報告書

• 研究領域: 時空間的な多因子間相互作用の理解による転写ユニティー機構の解明
• 研究課題/領域番号: 21H05161
• 研究機関: 横浜市立大学
• 研究代表者: 仙石 徹 横浜市立大学, 医学部, 准教授 (60576312)
• 研究期間 (年度): 2021-08-23 – 2024-03-31
• キーワード: エピジェネティクス / 転写 / クライオ電顕 / ユビキチン化

研究実績の概要

本研究では、細胞内で見出される様々な因子の組み合わせによって形成される転写ユニティー機構の立体構造を原子レベルで明らかにすることを目的とする。転写伸長を正に制御するクロマチン修飾であるヒストンH2BK120モノユビキチン化を導入するE3酵素であるBre1複合体がヌクレオソームに結合した複合体のクライオ電子顕微鏡構造を決定し、Bre1がヌクレオソームの酸性パッチとDNAリン酸基の2か所にまたがるように結合することでE2酵素とユビキチンをH2BK120ユビキチン化に適切な位置にリクルートすることを見出した。また、複数のヒストン修飾酵素複合体について昆虫細胞における共発現を用いた再構成系を構築した。また、病原性ウイルスの増殖に必要なタンパク質複合体について昆虫細胞における共発現により複合体を再構成し、クライオ電子顕微鏡による撮影を行い、中程度分解能の密度マップを得た。また、抗酸化応答のマスター転写因子であるNrf2がパートナー転写因子と共に標的DNAを結合した複合体のX線結晶構造を決定し、特有のCNCモチーフによりNrf2が標的DNAへの高い親和性を獲得することで厳密な転写制御を行うメカニズムを提唱した。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

物流混乱により物品購入計画が影響を受けた以外は研究は順調に進展している。すでに1種類の転写因子-DNA複合体の構造解析を報告し、また1種類のヒストン修飾酵素複合体の構造決定に成功している。その他にも、病原性ウイルスの増殖に必要なタンパク質複合体の構造決定へ向けて有望な予備的データが得られ、また複数種類のタンパク質複合体の再構成実験も進行している。

今後の研究の推進方策

Bre1複合体論文についてはプレプリントを発表し、同時に科学雑誌に投稿を行ったが、残念ながら査読者のコメントと共に却下されてしまった。今後はコメントに対応しできるだけ早期に再投稿を行い査読論文としての発表を目指す。病原性ウイルスタンパク質複合体については電顕データ測定時の課題を解決するべく条件検討を行う。その他のタンパク質複合体についても再構成と精製に成功したものからクライオ電子顕微鏡による構造決定を試みる。

研究成果

• [雑誌論文] Structure of the human Bre1 complex bound to the nucleosome (2023)
  • 著者名/発表者名: Onishi Shuhei、Uchiyama Kotone、Sato Ko、Okada Chikako、Kobayashi Shunsuke、Nishizawa Tomohiro、Nureki Osamu、Ogata Kazuhiro、Sengoku Toru
  • 雑誌名: bioRxiv 巻: NA ページ: NA
  • DOI: 10.1101/2023.03.31.535082
• [雑誌論文] Structural basis of transcription regulation by CNC family transcription factor, Nrf2 (2022)
  • 著者名/発表者名: Sengoku, Toru; Shiina, Masaaki; Suzuki, Kae; Hamada, Keisuke; Sato, Ko; Uchiyama, Akiko; Kobayashi, Shunsuke; Oguni, Asako; Itaya, Hayato; Kasahara, Kota; Moriwaki, Hirotomo; Watanabe, Chiduru; Honma, Teruki; Okada, Chikako; Baba, Shiho; Ohta, Tsutomu; Motohashi, Hozumi; Yamamoto, Masayuki; Ogata, Kazuhiro
  • 雑誌名: Nucleic Acids Research 巻: 50 ページ: 12543-12557
  • DOI: 10.1093/nar/gkac1102
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] NSD2によるヌクレオソーム上H3 Lys36メチル化の構造基盤 (2022)
  • 著者名/発表者名: 仙石 徹
  • 学会等名: 日本エピジェネティクス研究会
• [学会発表] NSD2/MMSETによるヌクレオソーム上H3K36メチル化とその制御の構造基盤 (2022)
  • 著者名/発表者名: 仙石 徹
  • 学会等名: 日本生化学会
  • 招待講演
• [学会発表] ヌクレオソーム上H2Bモノユビキチン化の構造基盤 (2022)
  • 著者名/発表者名: 大西 修平、内山 琴音、佐藤 光、岡田 千佳子、小林 俊介、西澤 知宏、濡木 理、緒方 一博、仙石 徹
  • 学会等名: 日本分子生物学会
  • 招待講演
• [備考] 転写因子Nrf2は他のbZIP型転写因子よりDNAに強く結合し、 酸化ストレス応答やがん化に関わる
  • URL: https://www.yokohama-cu.ac.jp/news/2022/20221206sengoku.html