試験管内染色体複製系を用いたDNA維持メチル化制御の分子基盤の解明

2017 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16H04818
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 西山 敦哉 東京大学, 医科学研究所, 講師 (50378840)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: DNAメチル化 / DNA複製 / Uhrf1 / Dnmt1 / ツメガエル卵 / 無細胞系

研究実績の概要

真核生物において、DNAメチル化はクロマチン構造の変換を介して、様々な生命現象に重要な役割を果たしている。染色体の複製時にはゲノムの本体であるDNAとともに、DNAメチル化パターンも娘DNAに正確に継承される必要があり、これはDNAメチル化酵素1(Dnmt1)を中心とする維持DNAメチル化機構によって保証されている。近年、DNA複製機構の詳細が解明され、精製蛋白質による再構成が可能となるに至った一方で、DNAメチル化継承の分子機構は未だ明らかでない。そこで本研究は、Dnmt1とクロマチン上で特異的に相互作用する蛋白質を探索することで、新たなDNAメチル化継承制御因子を同定することを目的として行った。
当該年度は、DNAメチル化継承の過程を試験管内で再現可能であるツメガエル卵由来の無細胞系を用いて、我々が新規に同定したDnmt1結合因子について詳細な機能解析を行った。その結果、この蛋白質はDnmt1のリクルーターとして働くUhrf1蛋白質によってその機能やDnmt1との結合が制御されていること、またDnmt1のメチル化部位への局在を制御する活性を持つことが示された。また、その制御機構や機能について、哺乳細胞においても大部分が保存されていることを示す実験結果が得られた。以上の結果は、同定された新規Dnmt1結合蛋白質が維持DNAメチル化機構を促進する新たな因子であることを強く示唆している。
また、本年は上記蛋白質に対する結合因子を探索し、Dnmt1以外の結合候補因子を複数同定した。これらの因子についてその機能を明らかにするために、特異抗体を作製し、無細胞系を使った解析を開始している。

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

前年度に同定された新規Dnmt1結合因子の機能や制御機構の一部が明らかになり、新たな維持DNAメチル化制御機構の存在が示されたことは本研究において大きな進捗と言える。次年度以降に向けて、おおむね順調に進展していると考える。

今後の研究の推進方策

これまでに得られた実験結果から考えられる新規Dnmt1結合蛋白質を介したDNAメチル化制御機構モデルについて、無細胞系および哺乳細胞を用いてさらに検証を進める。また、この蛋白質と相互作用を示す因子について、作製した特異抗体と無細胞系を用いて、詳細な機能解析を行う予定である。

研究成果

• [国際共同研究] Ludwig Maximilians University Munich,(Germany)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: Ludwig Maximilians University Munich,
• [雑誌論文] Structure of the Dnmt1 Reader Module Complexed with a Unique Two-Mono-Ubiquitin Mark on Histone H3 Reveals the Basis for DNA Methylation Maintenance (2017)
  • 著者名/発表者名: Ishiyama S, Nishiyama A, Saeki Y, Moritsugu K, Morimoto D, Yamaguchi L, Arai N, Matsumura R, Kawakami T, Mishima Y, Hojo H, Shimamura S, Ishikawa F, Tajima S, Tanaka K, Ariyoshi M, Shirakawa M, Ikeguchi M, Kidera A, Suetake I, Arita K, Nakanishi M
  • 雑誌名: Molecular Cell 巻: 68 ページ: 350～360.e7
  • DOI: 10.1016/j.molcel.2017.09.037
  • 査読あり
• [学会発表] DNAメチル化継承を制御するユビキチン・コード (2017)
  • 著者名/発表者名: 西山 敦哉、石山 玲、佐伯 泰、三島 優一、川上 徹、北條 裕信、末武 勲、有田 恭平、中西 真
  • 学会等名: ConBio2017 [4AW13] ユビキチン・コード：細胞内の最も難解な暗号を読む
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] PAF15 のユビキチン化を介した 維持DNA メチル化制御 (2017)
  • 著者名/発表者名: 西山 敦哉、佐伯 泰、有田 恭平、中西 真
  • 学会等名: 第35回 染色体ワークショップ・第16回 核ダイナミクス研究会
• [備考] ライフサイエンス 新着論文レビュー
  • URL: http://first.lifesciencedb.jp/archives/17386
• [備考] 東京大学大学院 理学系研究科 癌防御シグナル分野 中西研究室
  • URL: http://www.ims.u-tokyo.ac.jp/cancer-cell-biology/hp2018/01index.html