再構成ヌクレオソームを用いた動的クロマチン構造の解明

2017 年度 実績報告書

• 研究領域: 動的クロマチン構造と機能
• 研究課題/領域番号: 25116002
• 研究機関: 早稲田大学
• 研究代表者: 胡桃坂 仁志 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (80300870)
• 研究分担者: 堀 哲也 大阪大学, 生命機能研究科, 准教授 (70550078)
• 研究期間 (年度): 2013-06-28 – 2018-03-31
• キーワード: 染色体構築・機能・分配 / 遺伝情報複製・再編 / ゲノム多様性 / ゲノム進化・再編 / ゲノム機能 / 活性発現の分子機構 / 生体高分子構造・機能 / 構造活性相関

研究実績の概要

ヒストンバリアントやヒストン翻訳後修飾を含むヌクレオソームとその相互作用因子の性質について、生化学的、構造生物学的、細胞生物学的手法による多角的な解析を行い、クロマチンの機能制御に関する多くの有意義な知見を得た。
１）ヒトの新規ヒストンH3バリアントH3.6、H3.7、およびH3.8の構造生物学的および生化学的解析を行った。H3.6とH3.8を含む再構成ヌクレオソームは主要型H3を含む場合に比べて、安定性が著しく低いことを明らかにした。２）DNA転写の過程で形成されると考えられているオーバーラッピングジヌクレオソームを試験管内で再構成し、その立体構造をX線結晶構造解析によって明らかにした。また、ヒト細胞において、転写されている遺伝子において、転写開始点の直下にオーバーラッピングジヌクレオソームが形成されることを明らかにした。この成果より、クロマチン上での転写制御に特殊なヌクレオソーム構造が寄与することを示した。３）構成的ヘテロクロマチンに見られる９番目のリジンがメチル化されたヒストンH3を含むジヌクレオソームに、ヘテロクロマチンタンパク質HP1が結合した複合体を試験管内で再構成する方法を確立した。さらに、その立体構造をクライオ電子顕微鏡を用いて決定し、HP1がリンカーDNAに結合せず、2つのヌクレオソーム間を架橋するようにヌクレオソームと結合していることを明らかにした。４）パイオニア転写因子FoxA1の認識配列を含む内在性DNAを用いて再構成したヌクレオソームの立体構造を、クライオ電子顕微鏡により4オングストロームの分解能で決定した。
また分担者の堀は、細胞生物学的手法と生化学的手法を用いて、Mis18複合体因子であるKNL2がCENP-Aヌクレオソームを直接認識し、新規CENP-Aのセントロメアへの取り込みに寄与することを明らかにした。

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

• [国際共同研究] 国立環境衛生科学研究所/ロチェスター大学(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: 国立環境衛生科学研究所/ロチェスター大学
• [国際共同研究] ヴュルツブルク大学(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: ヴュルツブルク大学
• [国際共同研究] グルノーブル大学/IGBMC/リヨン第1大学(フランス)
  • 国名: フランス
  • 外国機関名: グルノーブル大学/IGBMC/リヨン第1大学
  • 他の機関数: 2
• [雑誌論文] LC-MS/MS-based quantitative study of the acyl group- and site-selectivity of human sirtuins to acylated nucleosomes (2018)
  • 著者名/発表者名: Tanabe K., Liu J., Kato D., Kurumizaka H., Yamatsugu K., Kanai M., Kawashima S.A.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 8 ページ: -
  • DOI: 10.1038/s41598-018-21060-2
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Structural Basis of Heterochromatin Formation by Human HP1 (2018)
  • 著者名/発表者名: Machida S., Takizawa Y., Ishimaru M., Sugita Y., Sekine S., Nakayama J., Wolf M., Kurumizaka H.
  • 雑誌名: Molecular Cell 巻: 69 ページ: 385～397.e8
  • DOI: 10.1016/j.molcel.2017.12.011
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural Basis of Homology-based DNA Repair Mediated by RAD52 (2018)
  • 著者名/発表者名: Saotome M., Saito K., Yasuda T., Ohtomo H., Sugiyama S., Nishimura Y., Kurumizaka H., Kagawa W.
  • 雑誌名: iScience 巻: 印刷中 ページ: 印刷中
  • DOI: 10.1016/j.isci.2018.04.005
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Cryo-EM structure of the nucleosome containing the ALB1 enhancer DNA sequence (2018)
  • 著者名/発表者名: Takizawa Y., Tanaka H., Machida S., Koyama M., Maehara K., Ohkawa Y., Wade P.A., Wolf M., Kurumizaka H.
  • 雑誌名: Open Biology 巻: 8 ページ: 170255～170255
  • DOI: 10.1098/rsob.170255
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Replication stress induces accumulation of FANCD2 at central region of large fragile genes (2018)
  • 著者名/発表者名: Okamoto Y., Iwasaki M.W., Kugou K., Takahashi K.K., Oda A., Sato K., Kobayashi W., Kawai H., Sakasai R., Takaori-Kondo A., Yamamoto T., Kanemaki M.T., Taoka M., Isobe T., Kurumizaka H., Innan H., Ohta K., Ishiai M., Takata M.
  • 雑誌名: Nucleic Acids Research 巻: 46 ページ: 2932～2944
  • DOI: 10.1093/nar/gky058
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Parallel mapping with site-directed hydroxyl radicals and micrococcal nuclease reveals structural features of positioned nucleosomes in vivo (2017)
  • 著者名/発表者名: Fuse T., Katsumata K., Morohoshi K., Mukai Y., Ichikawa Y., Kurumizaka H., Yanagida A., Urano T., Kato H., Shimizu M.
  • 雑誌名: PLOS ONE 巻: 12 ページ: e0186974
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0186974
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Phosphorylation of CBX2 controls its nucleosome-binding specificity (2017)
  • 著者名/発表者名: Kawaguchi Takayuki、Machida Shinichi、Kurumizaka Hitoshi、Tagami Hideaki、Nakayama Jun-ichi
  • 雑誌名: The Journal of Biochemistry 巻: 162 ページ: 343～355
  • DOI: 10.1093/jb/mvx040
  • 査読あり
• [雑誌論文] Histone H3 Methylated at Arginine 17 Is Essential for Reprogramming the Paternal Genome in Zygotes (2017)
  • 著者名/発表者名: Hatanaka Y., Tsusaka T., Shimizu N., Morita K., Suzuki T., Machida S., Satoh M., Honda A., Hirose M., Kamimura S., Ogonuki N., Nakamura T., Inoue K., Hosoi Y., Dohmae N., Nakano T., Kurumizaka H., Matsumoto K., Shinkai Y., Ogura A.
  • 雑誌名: Cell Reports 巻: 20 ページ: 2756～2765
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2017.08.088
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] SYCP3 regulates strand invasion activities of RAD51 and DMC1 (2017)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi W., Hosoya N., Machida S., Miyagawa K., Kurumizaka H.
  • 雑誌名: Genes to Cells 巻: 22 ページ: 799～809
  • DOI: 10.1111/gtc.12513
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Association of M18BP1/KNL2 with CENP-A Nucleosome Is Essential for Centromere Formation in Non-mammalian Vertebrates (2017)
  • 著者名/発表者名: Hori T., Shang W.H., Hara M., Ariyoshi M., Arimura Y., Fujita R., Kurumizaka H., Fukagawa T.
  • 雑誌名: Developmental Cell 巻: 42 ページ: 181～189.e3
  • DOI: 10.1016/j.devcel.2017.06.019
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthetic Posttranslational Modifications: Chemical Catalyst-Driven Regioselective Histone Acylation of Native Chromatin (2017)
  • 著者名/発表者名: Amamoto Y., Aoi Y., Nagashima N., Suto H., Yoshidome D., Arimura Y., Osakabe A., Kato D., Kurumizaka H., Kawashima S., Yamatsugu K., Kanai M.
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 139 ページ: 7568～7576
  • DOI: 10.1021/jacs.7b02138
  • 査読あり
• [雑誌論文] RFWD3-Mediated Ubiquitination Promotes Timely Removal of Both RPA and RAD51 from DNA Damage Sites to Facilitate Homologous Recombination (2017)
  • 著者名/発表者名: Inano S., Sato K., Katsuki Y., Kobayashi W., Tanaka H., Nakajima K., Nakada S., Miyoshi H., Knies K., Takaori-Kondo A., Schindler D., Ishiai M., Kurumizaka H., Takata M.
  • 雑誌名: Molecular Cell 巻: 66 ページ: 622～634.e8
  • DOI: 10.1016/j.molcel.2017.04.022
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Structure and Dynamics of a 197?bp Nucleosome in Complex with Linker Histone H1 (2017)
  • 著者名/発表者名: Bednar J., Garcia-Saez I., Boopathi R., Cutter A.R., Papai G., Reymer A., Syed S.H., Lone I.N., Tonchev O., Crucifix C., Menoni H., Papin C., Skoufias D.A., Kurumizaka H., Lavery R., Hamiche A., Hayes J.J., Schultz P., Angelov D., Petosa C., Dimitrov S.
  • 雑誌名: Molecular Cell 巻: 66 ページ: 384～397.e8
  • DOI: 10.1016/j.molcel.2017.04.012
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Crystal Structure and Characterization of Novel Human Histone H3 Variants, H3.6, H3.7, and H3.8 (2017)
  • 著者名/発表者名: Taguchi H., Xie Y., Horikoshi N., Maehara K., Harada A., Nogami J., Sato K., Arimura Y., Osakabe A., Kujirai T., Iwasaki T., Semba Y., Tachibana T., Kimura H., Ohkawa Y., Kurumizaka H.
  • 雑誌名: Biochemistry 巻: 56 ページ: 2184～2196
  • DOI: 10.1021/acs.biochem.6b01098
  • 査読あり
• [雑誌論文] Crystal structure of the overlapping dinucleosome composed of hexasome and octasome (2017)
  • 著者名/発表者名: Kato D., Osakabe A., Arimura Y., Mizukami Y., Horikoshi N., Saikusa K., Akashi S., Nishimura Y., Park S.Y., Nogami J., Maehara K., Ohkawa Y., Matsumoto A., Kono H., Inoue R., Sugiyama M., Kurumizaka H.
  • 雑誌名: Science 巻: 356 ページ: 205～208
  • DOI: 10.1126/science.aak9867
  • 査読あり
• [雑誌論文] Histone Variant H2A.L.2 Guides Transition Protein-Dependent Protamine Assembly in Male Germ Cells (2017)
  • 著者名/発表者名: Barral S., Morozumi Y., Tanaka H., Montellier E., Govin J., de Dieuleveult M., Charbonnier G., Coute; Y., Puthier D., Buchou T., Boussouar F., Urahama T., Fenaille F., Curtet S., Hery P., Fernandez-Nunez N., Shiota H., Gerard M., Rousseaux S., Kurumizaka H., Khochbin S.
  • 雑誌名: Molecular Cell 巻: 66 ページ: 89～101.e8
  • DOI: 10.1016/j.molcel.2017.02.025
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Structural diversity of the nucleosome (2017)
  • 著者名/発表者名: Koyama M., Kurumizaka H.
  • 雑誌名: The Journal of Biochemistry 巻: 163 ページ: 85～95
  • DOI: 10.1093/jb/mvx081
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Activation of the FA pathway mediated by phosphorylation and ubiquitination (2017)
  • 著者名/発表者名: Ishiai M., Sato K, Tomida J, Kitao H., Kurumizaka H., Takata M.
  • 雑誌名: Mutation Research/Fundamental and Molecular Mechanisms of Mutagenesis 巻: 803-805 ページ: 89～95
  • DOI: 10.1016/j.mrfmmm.2017.05.003
• [学会発表] Nucleosome Remodeling and Structure (2018)
  • 著者名/発表者名: Hitoshi Kurumizaka
  • 学会等名: INDO-JAPAN Conference (2018): Epigenetics, Human Microbiomes and Disease
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 形からみる遺伝子のはたらき (2018)
  • 著者名/発表者名: 胡桃坂 仁志
  • 学会等名: 文部科学省科科学研究費補助金新学術領域「動的クロマチン構造と機能」一般公開シンポジウム
• [学会発表] クロマチンの高次構造とダイナミクスの相関構造解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 胡桃坂 仁志
  • 学会等名: 第31回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] クロマチンコーディングの構造基盤 (2018)
  • 著者名/発表者名: 胡桃坂 仁志
  • 学会等名: 染色体研究の最前線2018
  • 招待講演
• [学会発表] Chromatin contribution in DNA repair (2017)
  • 著者名/発表者名: Hitoshi Kurumizaka
  • 学会等名: The 6th US-Japan DNA Repair Meeting
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Structural versatility and dynamics of chromatin units (2017)
  • 著者名/発表者名: Hitoshi Kurumizaka
  • 学会等名: EMBO CONFERENCE “The Nucleosome: From Atoms to Genomes”
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Structural studies of reconstituted chromatin units (2017)
  • 著者名/発表者名: Hitoshi Kurumizaka
  • 学会等名: HMGU-Japan Epigenetics and Chromatin Symposium
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Structural Biology of Epigenetic Chromatin Regulation (2017)
  • 著者名/発表者名: Hitoshi Kurumizaka
  • 学会等名: 15th Chinese Biophysics Congress
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] エピジェネティクスの制御基盤としてのクロマチン構造多様性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 胡桃坂 仁志
  • 学会等名: DSSBシンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] Structural studies for dynamic chromatin architecture (2017)
  • 著者名/発表者名: 胡桃坂 仁志
  • 学会等名: Dynamic Structural Biology"（DSB）第一回研究報告会
  • 招待講演
• [学会発表] ヌクレオソームの構造と動的多様性によるゲノムDNA機構制御 (2017)
  • 著者名/発表者名: 胡桃坂 仁志
  • 学会等名: 第17回日本蛋白質科学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] 細胞核でのクロマチン機能制御の構造基盤 (2017)
  • 著者名/発表者名: 胡桃坂 仁志
  • 学会等名: 日本大学文理学部生命科学科セミナー
  • 招待講演
• [学会発表] ゲノムDNA機能制御のクロマチン構造基盤 (2017)
  • 著者名/発表者名: 胡桃坂 仁志
  • 学会等名: 大阪大学蛋白質研究所セミナー
  • 招待講演
• [学会発表] ヌクレオソームのリモデリング機構 (2017)
  • 著者名/発表者名: 胡桃坂 仁志
  • 学会等名: 第76回日本癌学会学術総会
  • 招待講演
• [学会発表] クロマチン構造とゲノム機能制御機構 (2017)
  • 著者名/発表者名: 胡桃坂 仁志
  • 学会等名: 平成２９年度遺伝研研究会
  • 招待講演
• [学会発表] 再構成クロマチンによるエピジェネティクス機構の解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 胡桃坂 仁志
  • 学会等名: 2017年度生命科学系学会合同年次大会
• [学会発表] Epigenetics and Kinetochore assembly in Vertebrate Cells (2017)
  • 著者名/発表者名: 堀 哲也
  • 学会等名: EMBO Workshop "Dynamic kinetochore"
  • 国際学会
• [学会発表] セントロメア機能に必須なエピジェネティック機構 (2017)
  • 著者名/発表者名: 堀 哲也
  • 学会等名: 第40回日本分子生物学会年会
• [図書] 生体の科学, vol. 68 No. 3(担当：パイオニア転写因子によるクロマチン構造変換) (2017)
  • 著者名/発表者名: 小山昌子, 胡桃坂仁志
  • 総ページ数: 99
  • 出版者: 金原一郎記念医学医療振興財団
• [図書] ナノバイオ・メディシン (2017)
  • 著者名/発表者名: 宇理須 恒雄、佐久間 哲史、高田 望、竹中 繁織、小澤 岳昌、吉村 英哲、胡桃坂 仁志、越阪部 晃永、原田 昌彦、束田 裕一、宮成 悠介、塩見 美喜子、大西 遼
  • 総ページ数: 232
  • 出版者: 近代科学社
  • ISBN: 4764950286