タンパク質アルギニン脱イミノ化酵素によるヒストンの翻訳後修飾とその意義

2004 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15570122
• 研究機関: 横浜市立大学
• 研究代表者: 山田 道之 横浜市立大学, 総合理学研究科, 教授 (10076995)
• キーワード: 脱イミノ化 / 翻訳後修飾 / ペプチジルアルギニンデイミナーゼ / ヒストン / シトルリン化 / 好中球 / 好酸球 / 単球

研究概要

タンパク質アルギニン脱イミノ化酵素PADI4はHL-60顆粒球や血流顆粒球の核に存在している。細胞をカルシウムイオノフォアA23187で処理すると核タンパク質ヒストンが優先的に脱イミノ化される。本研究はヒストンH2AとH4の脱イミノ化サイトがアルギニンR3と同定した。HL-60顆粒球をA23187で15分間処理、コアヒストンを抽出、HPLCでヒストンH2B、H4、H2AとH3に分離、H4、H2Aを酵素消化、ペプチドをHPLCで分離し、脱イミノ化ペプチドを抗体で検出、TOF-MSで同定した。脱イミノ化サイトはH4N末端Ac-SGRGのR3、H2A N-末端Ac-SGRGのR3であった。H4、H2Aのアルギニン含量は10数%であるので、細胞内脱イミノ化が特異的であることを示した。PADI4の結晶構造はN-末端の免疫グロブリン様サブドメインIとIIとC-末端ドメイン(α/βプロペラ構造)で構成されていた。C-末端ドメインに2分子のCa^<2+>が結合すると、一部の不安定な構造が安定な活性部位クレフト構造へと変化し、初めて基質の結合が可能となる。構造と突然変異の活性相関にもとづき、酵素反応機構を提唱した。
MCF-7細胞のpS2プロモータ遺伝子の転写はエストロゲンによって活性化される。この活性化は遺伝子プロモータ領域のヒストンH3のR17のジメチル化が必須である。このジメチル化に拮抗して生ずるPADI4によるH3のアルギニンやモノメチルアルギニンの脱イミノ化がこの生理的条件下に生ずる遺伝子の転写を抑制した。ヒストンの脱イミノ化は、クロマチン転写活性の調節機構に一石を投じた。

研究成果

• [雑誌論文] Structual basis for Ca^<2+>-induced activation of human PAD4 (2004)
  • 著者名/発表者名: Arita K, Hashimoto H, Shimizu T, Nakashima K, Yamada M, Sato M
  • 雑誌名: Nature SMB 11 ページ: 777-783
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Histone Deimination Antagonizes Arginine methylation (2004)
  • 著者名/発表者名: Cuthbert GL, Daujat S, Snowden AW, Erdjument-Bromage H, Hagiwara T, Yanada M, Schneider R, Gregory PD, Tempst P, Bannister AJ, Kouzarides T
  • 雑誌名: Cell 118 ページ: 545-553
• [雑誌論文] Crystallization and preliminary X-ray crystallographic analysis of human peptidylarginine deiminase V (2003)
  • 著者名/発表者名: Arita K, Hashimoto H, Shimizu T, Yamada M, Sato M
  • 雑誌名: Acta Cryst.D 59 ページ: 2332-2333
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Deimination of Histone H2A and H4 at arginine 3 in HL-60 granulocutes
  • 著者名/発表者名: Hagiwara T, Hidaka Y, Yamada M
  • 雑誌名: Biochemistry (in press)