複製因子の翻訳後修飾が制御する新しいDNAメチル化継承機構の構造基盤

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18H02392
• 研究機関: 横浜市立大学
• 研究代表者: 有田 恭平 横浜市立大学, 生命医科学研究科, 教授 (40549648)
• 研究分担者: 西山 敦哉 東京大学, 医科学研究所, 准教授 (50378840)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: DNAメチル化 / DNA複製 / UHRF1 / LIG1 / リン酸化 / ユビキチン化 / 分子動力学計算

研究実績の概要

哺乳類のCpG配列中のシトシン塩基のメチル化は、遺伝子サイレンシング、ゲノムインプリンティング、X染色体不活化、トランスポゾンの発現抑制など様々な生命現象に関与する。DNAメチル化は細胞形質を決定するので、哺乳類が多種多様な細胞集団を維持するためにはDNAメチル化パターンが次世代に正確に受け継がれていく必要がある。本研究ではDNA維持メチル化に必須の因子であるDNAメチル化酵素DNMT1とユビキチンE3酵素UHRF1に焦点をあて、DNA維持メチル化の基本原理の解明を目指す。
UHRF1のSer298のリン酸化によってUHRF1結合タンパク質であるLIG1、ヒストンH3、linker2, Spacerとの結合が制御されることを明らかにした。Ser298のリン酸化によるUHRF1の構造変化をX線溶液散乱や分子動力学シミュレーションで解析した。UHRF1の高次構造や機能がリン酸化によって制御される仕組みを解明し、その成果をJournal of Molecular Biology誌で発表した。
また、DNAに起こるメチル化がDNA自身の構造に与える影響をNMRで解析し、その研究成果をNucleic Acids Research誌で発表した。
DNAメチル化の異常はがんなどの様々な病気と関連している。UHRF1を標的にしてDNAメチル化を制御する化合物はがんの治療や併用薬として有用であると考え、低分子化合物の探索を行った。In silicoの解析と生化学的な研究を組み合わせて、結合候補化合物の同定を行った。今後、UHRF1と化合物の相互作用を構造生物学的に明らかにする予定である。

現在までの達成度 (段落)

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] CNRS(フランス)
  • 国名: フランス
  • 外国機関名: CNRS
• [雑誌論文] Structural dynamics of double-stranded DNA with epigenome modification (2020)
  • 著者名/発表者名: Furukawa Ayako、Walinda Erik、Arita Kyohei、Sugase Kenji
  • 雑誌名: Nucleic Acids Research 巻: 49 ページ: 1152～1162
  • DOI: 10.1093/nar/gkaa1210
  • 査読あり
• [雑誌論文] Serine 298 Phosphorylation in Linker 2 of UHRF1 Regulates Ligand-Binding Property of Its Tandem Tudor Domain (2020)
  • 著者名/発表者名: Kori Satomi、Jimenji Tomohiro、Ekimoto Toru、Sato Miwa、Kusano Fumie、Oda Takashi、Unoki Motoko、Ikeguchi Mitsunori、Arita Kyohei
  • 雑誌名: Journal of Molecular Biology 巻: 432 ページ: 4061～4075
  • DOI: 10.1016/j.jmb.2020.05.006
  • 査読あり
• [学会発表] 構造生物学から見たDNAメチル化が複製されていく仕組み (2021)
  • 著者名/発表者名: 有田恭平
  • 学会等名: 第14回日本エピジェネティクス研究会年会
  • 招待講演
• [学会発表] The proper timing phosphorylation of Ser298 selects UHRF1-binding partners (2021)
  • 著者名/発表者名: Satomi Kori, Tomohiro Jimenji, Toru Ekimoto, Laure Ferry, Shohei Matano, Miwa Sato, Fumie Kusano, Motoko Unoki, Pierre-Antoine Defossez, Mitsunori Ikeguchi, Kyohei Arita
  • 学会等名: 第14回日本エピジェネティクス研究会年会
• [学会発表] Structural basis for the switching of binding partners by Ser298 phosphorylation in UHRF1 (2020)
  • 著者名/発表者名: Satomi Kori, Tomohiro Jimenji, Toru Ekimoto, Miwa Sato, Fumie Kusano, Takashi Oda, Motoko Unoki, Mitsunori Ikeguchi, Kyohei Arita
  • 学会等名: 第20回蛋白質科学会年会
• [備考] メチル基１つでDNAの運動性が変わることを解明
  • URL: https://www.yokohama-cu.ac.jp/news/2020/202012arita.html
• [備考] リン酸化によるUHRF1の結合相手の制御の仕組みを解明
  • URL: https://www.yokohama-cu.ac.jp/news/2020/202006arita.html