ゲノムの高次構造:真核生物と原核生物とにおける構築メカニズムの普遍性と特異性

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15370077
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 竹安 邦夫 京都大学, 生命科学研究科, 教授 (40135695)
• 研究分担者: 吉村 成弘 京都大学, 生命科学研究科, 助教授 (90346106)
• キーワード: 原子間力顕微鏡 / ナノスケールイメージング法 / ゲノム高次構造 / 核様体 / 染色体 / Dps / テロメア / TRF2

研究概要

我々はこれまでに、原子間力顕微鏡によるナノスケールイメージング法を用いて「真核生物のゲノム高次構造は、基本的には原核生物のゲノム高次構造と同様な原理で、すなわち、DMの物理的性質とDNA・タンパク質相互作用のバランスの上に構築される」という作業仮説に至った。ここでは以下の具体的項目を達成することで、ゲノムの高次構造構築の更なる一般的原理を明らかにする:(1)大腸菌の核様体関連タンパク質の変異株・欠損株における網羅的構造解析(2)分裂酵母の染色体関連タンパク質の変異株・欠損株における網羅的構造解析(3)染色体・核様体構築メカニズムの普遍性と特異性とに関する基本リストの作成(4)ヒト培養細胞におけるゲノムの核内存在様式・染色体構築メカニズムの解明に応用。
本年度は、Dpsと呼ばれる核様態タンパク質が欠損した大腸菌株を用いて更なる解析を行った。Dps欠損株でも大腸菌ゲノムの基本単位である40nmや80nmのファイバーは正常に観察されたが、高度に凝縮したゲノム高次構造は形成されなかった。すなわち、「Dpsというタンパク質は高次構造構築に特異的に機能する核様態タンパク質である」ことが明らかになった。また、ヒトのテロメア領域配列を含むDNAとテロメア局在タンパク質TRF2/TRF1との相互作用を詳細に解析した。両タンパク質ともにテロメア配列の二本鎖DNAに特異的に結合するが、TRF2が結合したときのみループ構造が形成された。更なる解析により、TRF2タンパク質がDNAに二量体として結合し、DNAのループ形成を促す場合は二量体同士がさらに結合し四量体を形成すること、また、一般的に染色体末端には、3'-overhanging領域があるとされているが、3'-overhanging領域があるとDNAループは安定して末端に形成されることが明らかになった。

研究成果

• [文献書誌] Hizume, K., Yoshimura, S.H., Wada, H., Takeyasu, K.: "Chromatin Reconstitution : Development of a Salt-dialysis Method Monitored by Nano-technology"Arch.Histol.Cytol.. 65. 405-413 (2003)
• [文献書誌] Yoshimura, S.H., Maruyama, H., Ishikawa, F., Ohki, R., Takeyasu, K.: "Molecular mechanisms of DNA end-loop formation by TRF2"Genes to Cells. (In Press). (2004)
• [文献書誌] Kim, J., Yoshimura, S.H., Hizume, K., Ishihama, A., Takeyasu, K.: "A fundamental structural unit of the Escherichia coli nucleoid revealed by nano-technology"Nucleic Acid Res. Under 2nd Revision. (2004)
• [文献書誌] Hizume, K., Yoshimura, S.H., Takeyasu, K.: "Atomic force microscopy demonstrates a critical role of DNA superhelicity in the nucleosome dynamics"Cell Biochem Biophys. (In Press). (2004)