ヘテロクロマチンの基盤構造の構造生物学的解析

2017 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16K18473
• 研究機関: 早稲田大学
• 研究代表者: 町田 晋一 早稲田大学, 理工学術院, 次席研究員(研究院助教) (50732195)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: クロマチン / エピジェネティクス / ヘテロクロマチン / ヌクレオソーム / ヒストン / HP1 / H3K9me3

研究実績の概要

本研究の目的は、染色体機能発現に重要なヘテロクロマチンの基盤構造を解明することである。真核生物のゲノムDNAはクロマチン構造を形成することで核内に高度に折りたたまれて収納されている。クロマチンはその折りたたみの程度を変化させることで、様々なDNAの機能発現を制御する。特に、高度に凝縮したクロマチン領域はヘテロクロマチンと呼ばれ、遺伝子発現や染色体機能発現に機能する。ヘテロクロマチンは、9番目のリジンがトリメチル化(H3K9me3)されたヒストンH3を含むクロマチンとHP1タンパク質との複合体を基盤して形成される。しかし、どのようにしてHP1がH3K9me3を含むクロマチンに結合し、ヘテロクロマチンが形作られていくのかは明らかになっていない。そこで、クロマチン(H3K9me3)とHP1との複合体を試験管内で再構成し、クライ電子顕微鏡解析により、その立体構造を明らかにした。明らかになった立体構造から、HP1はクロマチンの基本構成単位であるヌクレオソームをブリッジする形でクロマチンに結合していることが明らかになった。さらに、DNA結合活性を有するHP1はヌクレオソームを連結するリンカーDNAには結合していないことが明らかになった。本研究により、ヘテロクロマチンの基盤構造であるクロマチン(H3K9me3)とHP1との複合体の立体構造が明らかになった。その立体構造は、ヘテロクロマチンによる遺伝子発現制御や染色体機能制御のメカニズム解明に重要な知見となることが予想される。

研究成果

• [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 PA, Wolf M, Kurumizaka H.
  • 雑誌名: Open Biology 巻: 8 ページ: 170255
  • DOI: 10.1098/rsob.170255
  • 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 JI, Wolf M, Kurumizaka H.
  • 雑誌名: Molecular Cell 巻: 69 ページ: 385-397
  • DOI: 10.1016/j.molcel.2017.12.011
  • 査読あり
• [雑誌論文] HP1との結合により形成される構成的なヘテロクロマチンの基盤となる構造 (2018)
  • 著者名/発表者名: 町田晋一, 滝沢由政, Matthias Wolf, 胡桃坂仁志
  • 雑誌名: ライフサイエンス 新着論文レビュー 巻: . ページ: .
  • DOI: 10.7875/first.author.2018.014
  • 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 T, Machida S, Kurumizaka H, Tagami H, Nakayama JI.
  • 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] Xeroderma pigmentosum group C protein interacts with histones: Regulation by acetylated states of histone H3. (2017)
  • 著者名/発表者名: Kakumu, E., Nakanishi, S., Shiratori, H., Kato, A., Kobayashi, W., Machida, S., Yasuda, Takeshi, Adachi, N., Saito, N., Ikura, T., Kurumizaka, H., Kimura, H., Yokoi, M., Sakai, W., Sugasawa, K.
  • 雑誌名: Genes to Cells 巻: 22 ページ: 310-327
  • DOI: 10.1111/gtc.12479
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Influence of polynucleosome preparation methods on sedimentation velocity analysis of chromatin. (2017)
  • 著者名/発表者名: Kujirai, T., Machida, S., Osakabe, A., Kurumizaka, H.
  • 雑誌名: The journal of Biochemistry 巻: 161 ページ: 381-388
  • DOI: 10.1093/jb/mvw081
  • 査読あり
• [学会発表] ヘテロクロマチンの立体構造解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 町田晋一、滝沢由政、石丸雅一、関根慧、中山潤一、Matthias Wolf、胡桃坂仁志
  • 学会等名: 第11回日本エピジェネティクス研究会年会
• [備考] 早稲田大学ホームページ
  • URL: https://www.waseda.jp/top/news/56537
• [備考] 沖縄科学技術大学院大学ホームページ
  • URL: https://www.oist.jp/ja/news-center/press-releases/32226
• [備考] 基礎生物学研究所ホームページ
  • URL: http://www.nibb.ac.jp/press/2018/01/11.html