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2019 年度 実績報告書

DNA整列固定技術を用いたDNA結合蛋白質の網羅的単分子機能解析(国際共同研究強化)

研究課題

研究課題/領域番号 16KK0157
研究機関東北大学

研究代表者

鎌形 清人  東北大学, 多元物質科学研究所, 准教授 (90432492)

研究期間 (年度) 2017 – 2019
キーワードDNA / DNA結合タンパク質 / 単分子計測 / スライディング
研究実績の概要

本研究では、開発したDNA整列固定法“DNAガーデン”と単分子蛍光顕微鏡を用いて、様々なDNA結合タンパク質の機能を解析した。特に、Reid C. Johnson教授(カリフォルニア大学ロサンゼルス校)が研究してきた、DNA結合タンパク質を研究の対象とした。これまでに、DNAの形を制御するタンパク質(FisとHUとNhp6A)の単分子蛍光計測を行い、それらのタンパク質がDNA上をスライディング運動することを明らかにした。一方で、DNAの組み換えに関わるタンパク質Hinは、DNAに結合するが、DNA上をスライディングしなかった。さらに、DNA上にHUやFisなどを障害物として配置し、そこを蛍光色素修飾Nhp6Aがそれら障害物を回避しながら動くことを明らかとした。
本年度は、DNA結合タンパク質ごとにスライディング運動の速さが異なることに着目し、運動を制御する部位の同定を行った。まず、FisのDNA結合に関与するアミノ酸をアラニンに置換した変異体(4種類)を、大腸菌を用いて発現し、液体クロマトグラフィーにより精製した。次に、単分子蛍光顕微鏡を用いて、作成したFis変異体のスライディング運動を計測した。その結果、85番目のアルギニンを置換すると、スライディング運動が大幅に促進することが明らかとなった。一方で、他のアミノ酸変異は、スライディング運動に影響を与えなかった。以上より、Fisは、85番目のアルギニンを用いて、DNA配列を解読しながら、スライディングすることが分かった。
同様に、Nhp6Aの天然変性領域の欠損変異体とアミノ酸置換体を作製し、単分子計測を行った。天然変性領域欠損変異体では、スライディング運動が抑制されたことから、Nhp6Aの天然変性領域がDNAに絡みつき、Nhp6Aのスライディング運動を可能にしていることが分かった。

  • 研究成果

    (23件)

すべて 2020 2019 2017 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (14件) (うち国際学会 4件、 招待講演 10件) 備考 (2件)

  • [国際共同研究] カリフォルニア大学ロサンゼルス校(米国)2020

    • 年月日
      2020-02-19 – 2020-02-22
    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      カリフォルニア大学ロサンゼルス校
    • 主な海外共同研究者名
      Reid C. Johnson
    • 部局
      カリフォルニア大学ロサンゼルス校
    • 職名
      教授
  • [国際共同研究] カリフォルニア大学ロサンゼルス校(米国)2017

    • 年月日
      2017-08-06 – 2018-03-30
    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      カリフォルニア大学ロサンゼルス校
    • 主な海外共同研究者名
      Reid C. Johnson
    • 部局
      カリフォルニア大学ロサンゼルス校
    • 職名
      教授
  • [雑誌論文] Liquid-like droplet formation by tumor suppressor p53 induced by multivalent electrostatic interactions between two disordered domains2020

    • 著者名/発表者名
      Kamagata Kiyoto、Kanbayashi Saori、Honda Masaya、Itoh Yuji、Takahashi Hiroto、Kameda Tomoshi、Nagatsugi Fumi、Takahashi Satoshi
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 10 ページ: 580

    • DOI

      10.1038/s41598-020-57521-w

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] How p53 Molecules Solve the Target DNA Search Problem: A Review2020

    • 著者名/発表者名
      Kamagata Kiyoto、Itoh Yuji、Subekti Dwiky Rendra Graha
    • 雑誌名

      International Journal of Molecular Sciences

      巻: 21 ページ: 1031

    • DOI

      10.3390/ijms21031031

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] The mechanosensitive channel YbdG from Escherichia coli has a role in adaptation to osmotic up-shock2019

    • 著者名/発表者名
      Amemiya Shun、Toyoda Hayato、Kimura Mami、Saito Hiromi、Kobayashi Hiroshi、Ihara Kunio、Kamagata Kiyoto、Kawabata Ryuji、Kato Setsu、Nakashimada Yutaka、Furuta Tadaomi、Hamamoto Shin、Uozumi Nobuyuki
    • 雑誌名

      Journal of Biological Chemistry

      巻: 294 ページ: 12281~12292

    • DOI

      10.1074/jbc.RA118.007340

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Rational design using sequence information only produces a peptide that binds to the intrinsically disordered region of p532019

    • 著者名/発表者名
      Kamagata Kiyoto、Mano Eriko、Itoh Yuji、Wakamoto Takuro、Kitahara Ryo、Kanbayashi Saori、Takahashi Hiroto、Murata Agato、Kameda Tomoshi
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 9 ページ: 8584

    • DOI

      10.1038/s41598-019-44688-0

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] がん抑制タンパク質p53はどのように標的DNA配列探索問題を解いているのか?2019

    • 著者名/発表者名
      鎌形 清人、伊藤 優志、Subekti Dwiky Rendra Graha
    • 雑誌名

      日本物理学会誌

      巻: 74 ページ: 472~475

    • DOI

      10.11316/butsuri.74.7_472

    • 査読あり
  • [学会発表] DNA・タンパク質の複合系の単分子計測2020

    • 著者名/発表者名
      鎌形清人
    • 学会等名
      核酸科学懇談会2020
    • 招待講演
  • [学会発表] がん抑制タンパク質はどのように標的 DNA 探索問題を解くのか? ー単分子計測的アプローチー2020

    • 著者名/発表者名
      鎌形清人
    • 学会等名
      DNA損傷・修復と高強度レーザー化学の交差点
    • 招待講演
  • [学会発表] RATIONAL DESIGN OF PEPTIDE TARGETING INTRINSICALLY DISORDERED PROTEIN p53 -REGULATION OF FUNCTION AND PHASE SEPARATION.2020

    • 著者名/発表者名
      Kiyoto Kamagata, Ryo Kitahara, Tomoshi Kameda
    • 学会等名
      64th Annual Meeting of the Biological Society
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] TRANSIENT BINDING AND NON-ROTATIONAL COUPLED MOTION OF P53 REVEALED BY SUB-MILLISECOND RESOLVED SINGLE-MOLECULE FLUORESCENCE TRACKING.2020

    • 著者名/発表者名
      Dwiky R.G. Subekti, Satoshi Takahashi, Kiyoto Kamagata
    • 学会等名
      64th Annual Meeting of the Biological Society
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 天然変性タンパク質p53は液-液相分離するのか?2019

    • 著者名/発表者名
      鎌形清人
    • 学会等名
      第2回LLPS研究会
    • 招待講演
  • [学会発表] 天然変性タンパク質p53を標的としたペプチドの人工設計-液液相分離の制御-2019

    • 著者名/発表者名
      鎌形清人, 間野絵梨子, 伊藤優志, 上林さおり, 本多優也, 北原亮, 亀田倫史
    • 学会等名
      第19回蛋白質科学会年会
    • 招待講演
  • [学会発表] がん抑制タンパク質p53の液液相分離と人工設計ペプチドによる制御2019

    • 著者名/発表者名
      鎌形清人
    • 学会等名
      大阪大学蛋白研セミナー・第3回LLPS研究会
    • 招待講演
  • [学会発表] Rational design of peptide targeting intrinsically disordered protein p53 -regulation of function and phase-phase separation-2019

    • 著者名/発表者名
      鎌形清人
    • 学会等名
      第57回日本生物物理学会年会
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] How does tumor suppressor p53 search for target DNA sequence? -single molecule approach-2019

    • 著者名/発表者名
      鎌形清人
    • 学会等名
      第43回日本分子生物学会年会
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Current trend of phase separation2019

    • 著者名/発表者名
      Kameda T, Kurumida Y, Nakamichi N, Ikeda K, Kitahara R, Kamagata K
    • 学会等名
      第57回日本生物物理学会年会
    • 招待講演
  • [学会発表] DNAオリガミ技術を用いたDNA結合タンパク質の機能解析法の開発2019

    • 著者名/発表者名
      鎌形清人、鈴木勇輝、Reid C. Johnson 、呉以寧
    • 学会等名
      アンサンブルリコレクションシンポジウム
  • [学会発表] Observation of tumor suppressor p53 ssearch dynamics using sub-millisecond resolverd Ssingle-molecule fluorescence microscopy2019

    • 著者名/発表者名
      Dwiky R.G. Subekti, Agato Murata, Yuji Itoh, Satoshi Takahashi, Kiyoto Kamagata
    • 学会等名
      第57回日本生物物理学会年会
  • [学会発表] Engeneering of gemone editing protein Cas9 that slides along DNA faster and might eneble efficient target search2019

    • 著者名/発表者名
      Dwiky R.G. Subekti, Satoshi Takahashi, Kiyoto Kamagata
    • 学会等名
      第57回日本生物物理学会年会
  • [学会発表] Observation of Tumor Suppressor p53 Search Dynamics using Sub-millisecond Resolved Single-molecule Fluorescence Microscopy2019

    • 著者名/発表者名
      Dwiky R.G. Subekti, Agato Murata, Yuji Itoh, Satoshi Takahashi, Kiyoto Kamagata
    • 学会等名
      第19回東北大学多元物質科学研究所研究発表会
  • [備考] がん抑制タンパク質p53の天然変性領域を標的としたペプチドの人工設計(プレスリリース)

    • URL

      https://www.tohoku.ac.jp/japanese/2019/07/press20190628-01-pepuchido.html

  • [備考] がん抑制タンパク質p53の液滴形成現象の発見 ― がん抑制機構の解明に期待 ―(プレスリリース)

    • URL

      https://www.tohoku.ac.jp/japanese/2020/01/press20200120-01-p53.html

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公開日: 2021-01-27  

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