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2018 年度 実績報告書

スーパーヌクレオソーム構築による1細胞エピジェネティック修飾マッピング

研究課題

研究課題/領域番号 18H03931
研究機関東京大学

研究代表者

岡本 晃充  東京大学, 先端科学技術研究センター, 教授 (60314233)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
キーワードヒストン / 化学合成 / ペプチド / DNA / ヌクレオソーム
研究実績の概要

本研究では、種々の生命現象におけるヌクレオソーム機能の制御と意義を理解するために、研究代表者独自の方法で任意の位置に特定の修飾を入れた化学構造的にピュアな人工ヌクレオソームを製造し、これらの生細胞内のヌクレオソームダイナミクスを超解像顕微鏡観察を用いて時空間的に捉えて、ヌクレオソーム修飾の意味を明らかにする。また、独自の化学合成を通して、天然にはない標識や反応性官能基、複数の複雑な機能性ユニットをヒストン構造に入れられるので、機能解明を支援する創造的スーパーヌクレオソームを作成して未知のヌクレオソーム機能を明らかにする。
本年度では、コアヒストン4種類(H2A, H2B, H3, H4)およびリンカーヒストンH1の合成法を確立した。H2AおよびH2Bの合成が終了したとともに、既知のH3とH4の合成についても我々独自の合成法を確立した。H1についてもほぼ終了した。合成したヒストンは、601DNAとともにヌクレオソームを再構成させた。また、標識ヒストンバリアントH2A.Xを同様の方法に従って化学合成することができた。

現在までの達成度 (区分)
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

人工ヌクレオソームの化学的製造法の確立が終了し、エピジェネティック修飾ヌクレオソームの合成・再構成と熱力学解析へ研究が向かっている。また、機能化ヒストンバリアントの作成が一部終了し、次の生化学的な検討段階へ入っている。

今後の研究の推進方策

原子による細胞機能制御の本質を見抜くために、天然にはない機能を付与した「スーパーヌクレオソーム」を化学合成して、ヌクレオソームのエピジェネティック修飾機能をつぶさに解明する。
(1)DNA配列特異性を持つユニット(亜鉛フィンガーやペプチド核酸など)を連結したヒストンタンパク質を作成し、配列特異的ヌクレオソーム形成を誘導して、人工的な遺伝子発現制御を試みる。
(2)特定の箇所の特定の修飾に対してライター(修飾)・リーダー(認識)・イレーサー(脱修飾)タンパク質を捕捉するために、光親和性修飾や結合特異性蛍光修飾を近在させたスーパーヌクレオソームを作成する。捕捉したタンパク質は酵素分解及び質量分析を経て同定される。
既に確立した方法で非天然の特殊機能を付与したスーパーヌクレオソームを合成する。ペプチド合成工程を拡大して亜鉛フィンガーやペプチド核酸をヒストンに付加することにより、DNA配列選択的にクロマチン構造を固定できるヌクレオソームを作成する。また、ジアジリンやベンゾフェノン等の光親和性標識やチアゾールオレンジやプロダン等の結合特異的蛍光標識を含むヌクレオチドもしくはアミノ酸を開発して、これらを含むスーパーヌクレオソームを合成する。これらの標識を活用したヌクレオソーム構造解析と細胞内動態解析を進めるとともに、光親和性標識によって修飾特異的なライター・リーダー・イレーサータンパク質を捕捉する。プルダウンした後に、酵素分解して質量分析することによりタンパク質を同定する。

  • 研究成果

    (6件)

すべて 2019 2018

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件) 学会発表 (2件) (うち国際学会 2件)

  • [雑誌論文] Simultaneous and Traceless Ligation of Peptide Fragments on DNA Scaffold2019

    • 著者名/発表者名
      Hayashi, G.; Yanase, M.; Nakatsuka, Y.; Okamoto, A.
    • 雑誌名

      Biomacromolecules

      巻: 20 ページ: 1246-1253

    • DOI

      https://doi.org/10.1021/acs.biomac.8b01655

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Triple Function of 4-Mercaptophenylacetic Acid Promotes One-Pot Multiple Peptide Ligation2018

    • 著者名/発表者名
      Kamo Naoki、Hayashi Gosuke、Okamoto Akimitsu
    • 雑誌名

      Angewandte Chemie International Edition

      巻: 57 ページ: 16533~16537

    • DOI

      10.1002/anie.201809765

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Chemistry‐Driven Epigenetic Investigation of Histone and DNA Modifications2018

    • 著者名/発表者名
      Sueoka Takuma、Koyama Kenta、Hayashi Gosuke、Okamoto Akimitsu
    • 雑誌名

      The Chemical Record

      巻: 18 ページ: 1727~1744

    • DOI

      10.1002/tcr.201800040

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Efficient peptide ligation between allyl-protected Asp and Cys followed by palladium-mediated deprotection2018

    • 著者名/発表者名
      Kamo Naoki、Hayashi Gosuke、Okamoto Akimitsu
    • 雑誌名

      Chemical Communications

      巻: 54 ページ: 4337~4340

    • DOI

      10.1039/C8CC01965G

    • 査読あり
  • [学会発表] Reaction design for highly efficient chemical protein synthesis2019

    • 著者名/発表者名
      Gosuke Hayashi, Takuma Sueoka, Masafumi Yanase, Naoki Kamo, and Akimitsu Okamoto
    • 学会等名
      ACS Meeting 2019 Spring
    • 国際学会
  • [学会発表] EXCITON-CONTROLLED FLUORESCENT NUCLEIC ACIDS FOR BIOIMAGING2018

    • 著者名/発表者名
      Lihao Guo, Akimitsu Okamoto
    • 学会等名
      PhotoIUPAC2018
    • 国際学会

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公開日: 2019-12-27  

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