相同組換え修復に関わる新規因子ヒトSPF45の機能及び構造解析

2013 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11J06154
• 研究機関: 早稲田大学
• 研究代表者: 堀越 直樹 早稲田大学, 理工学術院, 特別研究員DC1
• キーワード: SPF45 / 相同組換え修復 / ヌクレオソーム

研究概要

生物の遺伝情報であるゲノムDNAは、紫外線や放射線、さらには活性酸素やDNA複製のエラーなどによって日常的に損傷を受けている。その中でも放射線などによるDNAの二重鎖切断損傷は、遺伝情報を失う可能性が高いため速やかに修復されなければならない。遺伝情報を失わずに二重鎖切断損傷を修復する経路として相同組換え修復がある。本研究では、二重鎖切断損傷修復に関わる新規因子ヒトSPF45タンパク質の機能解析を、DNAを用いて行ってきた。しかし、真核生物のゲノムDNAは、核内タンパク質と結合したクロマチン構造を形成して細胞核に収納されている。このクロマチン構造の最小機能単位であるヌクレオソームは、4種類のヒストンタンパク質に約150塩基対のDNAが巻き付いた構造体である。ヒストンにはアミノ酸相同性の高い亜種が数多く存在し、特定のクロマチン領域に取り込まれている。DNAの二重鎖切断損傷部位には、ヒストンの亜種であるH2A.Zが局在することが報告されている。ヒトSPF45のクロマチン上での機能を明らかにするためには、損傷部位のクロマチン構造を再構築し、損傷部位特異的なクロマチン構造上での解析を行う必要がある。そこで、H2A.Zを含むヌクレオソームを再構成し、構造的特徴を明らかにした。その結果、細胞で最も発現しているヒストンH2Aを含むヌクレオソームと比較して、H2A.Zを含むヌクレオソームは不安定な構造を形成することが明らかになった。さらに、H2A.ZのL1 loopと呼ばれる領域に構造的特徴が観察された。これまで相同組換え修復におけるタンパク質の機能解析の多くは、裸のDNAが用いられてきた。解析基盤となるヌクレオソームの再構成技術の確立および性質を解明したことは、今後ヒトSPF45の機能解析を行う上で大変意義深い。

現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

本研究の目的は、ヒトSPF45タンパク質の相同組換え修復における機能を明らかにすることである。相同組換え修復における機能解析の多くは裸のDNAを用いられてきたが、真核生物のゲノムDNAはクロマチン構造を形成している。特に、DNAの二重鎖切断損傷部位には、ヒストンH2A.Zを含むヌクレオソームが存在する。本研究ではH2A.Zを含むヌクレオソームを再構成し、その性質を明らかにしたことによって、真核生物の相同組換え修復における解析基盤を構築した。

今後の研究の推進方策

本研究によって構築したDNAの二重鎖切断損傷部位に形成されるH2A. Zを含むヌクレオソーム上で、ヒトSPF45の機能を解析する。さらに、SPF45の二重鎖切断損傷部位への集積やゲノム上での局在について解析を行い、相同組換え修復におけるSPF45の機能を詳細に解析していく。また、SPF45が相同組換え修復タンパク質RAD51やRAD51Bと相互作用することを明らかにしたことから、今後SPF45と相同組換え修復タンパク質との結合様式をX線結晶構造解析によって明らかにし、SPF45の機能メカニズムを明らかにしたいと考えている。

研究成果

• [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 ページ: 1644-1655
  • DOI: 10.1093/nar/gkt1124
  • 査読あり
• [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 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 ページ: 363-369
  • DOI: 10.1016/j.fob.2013.08.007
  • 査読あり
• [雑誌論文] Genetically encoded system to track histone modification in vivo. (2013)
  • 著者名/発表者名: Yuko Sato, Masanori Mukai, Jun Ueda, Michiko Muraki, Timothy J. Stasevich, Naoki Horikoshi, Tomoya Kujirai, Hiroaki Kita, Taisuke Kimura, Seiji Hira, Yasushi Okada, Yoko Hayashi-Takanaka, Chikashi Obuse, Hitoshi Kurumizaka, Atsuo Kawahara, Kazuo Yamagata, Naohito Nozaki and Hiroshi Kimura
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 3 ページ: 2436
  • DOI: 10.1038/srep02436
  • 査読あり
• [雑誌論文] Interaction between basic residues of Epstein-Barr virus EBNA1 protein and cellular chromatin mediates viral plasmid maintenance (2013)
  • 著者名/発表者名: Teru Kanda, Naoki Horikoshi, Takayuki Murata, Daisuke Kawashima, Atsuko Sugimoto, Yohei Narita, Hitoshi Kurumizaka and Tatsuya Tsurumi.
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: 16 ページ: 24189-24199
  • DOI: 10.1074/jbc.M113.491167
  • 査読あり
• [学会発表] ヒトH2A/H2A. Z. 1を含むハイブリッドヌクレオソームの機能解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 堀越直樹、佐藤浩一、立和名博昭、香川亘、有村泰宏、越阪部晃永、鯨井智也、田口裕之、島田桂丞、木村宏、胡桃坂仁志
  • 学会等名: 第86回日本生化学会
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2013-09-12
  • 招待講演