分子間距離で紐解く真核転写反応の1分子解析

2021 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19H03197
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 多田隈 尚史 東京大学, 定量生命科学研究所, 協力研究員 (10339707)
• 研究分担者: 安達 成彦 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 特任准教授 (70707489)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: 1分子計測(SMD) / 核酸 / 蛋白質 / 分子モーター / クライオ電子顕微鏡

研究実績の概要

遺伝子発現は、親和性が弱い相互作用によって担われているが、細胞内では、特定の構造や足場(scaffold)に必要な因子が集積化する事で、効率的に反応が進んでいる。本研究では、その分子機構理解の為に、DNAナノ構造(DNA origami)のナノメートル精度の分子配置技術を用いて、遺伝子発現機構のナノ反応場の再構成と解析を目的としている。
我々は、これまでに、DNAナノ構造上に転写酵素(T7 RNA polymerase、以下T7 RNAP)と基質遺伝子を集積化した"転写ナノチップ"を構築し、その性質を探ってきた。一方で、ナノチップの基盤技術(DNAナノ構造への蛋白質の集積)は、反応場再構成の足場となるだけでなく、集積する蛋白質を抗体などの捕捉機能がある分子にすると、細胞中の反応場を捕捉・精製できる可能性も秘めている。そこで、DNAナノ構造を精製用担体として用い、大腸菌破砕液からタグ付リボソームを精製し、クライオ電子顕微鏡で観察する事に成功した。あわせて、DNAナノ構造をクライオ電子顕微鏡でより取扱やすくする為に、wetの実験とMoleculara dynamics(MD)を組合せ、デザインや作成方法の向上を図った。
また、真核の転写においては、RNAPのC末に位置するドメイン(CTD)が重要であるが、天然変性領域でカチッとした構造を取らない為、従来は、RNAPに対して、どのような空間配置をしているのかが明らかではなかった。小角散乱を用いることで、その相対的な配置のモデルを得られていたので、引き続き精密化を行った。
これらの成果から、DNAナノ構造を基盤とし蛋白質を集積化させたナノチップ技術を発展させる事で、転写をはじめとした遺伝子発現機構の理解が深まる事が期待される。

現在までの達成度 (段落)

令和3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3年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Structural basis of the strict specificity of a bacterial GH31 α-1,3-glucosidase for nigerooligosaccharides (2022)
  • 著者名/発表者名: Ikegaya Marina、Moriya Toshio、Adachi Naruhiko、Kawasaki Masato、Park Enoch Y.、Miyazaki Takatsugu
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: － ページ: 101827～101827
  • DOI: 10.1016/j.jbc.2022.101827
  • 査読あり
• [雑誌論文] C-Glycoside metabolism in the gut and in nature: Identification, characterization, structural analyses and distribution of C-C bond-cleaving enzymes (2021)
  • 著者名/発表者名: Mori Takahiro、Kumano Takuto、He Haibing、Watanabe Satomi、Senda Miki、Moriya Toshio、Adachi Naruhiko、Hori Sanae、Terashita Yuzu、Kawasaki Masato、Hashimoto Yoshiteru、Awakawa Takayoshi、Senda Toshiya、Abe Ikuro、Kobayashi Michihiko
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 12 ページ: 6294
  • DOI: 10.1038/s41467-021-26585-1
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Non-conventional octameric structure of C-phycocyanin (2021)
  • 著者名/発表者名: Minato Takuo、Teramoto Takamasa、Adachi Naruhiko、Hung Nguyen Khac、Yamada Kaho、Kawasaki Masato、Akutsu Masato、Moriya Toshio、Senda Toshiya、Ogo Seiji、Kakuta Yoshimitsu、Yoon Ki-Seok
  • 雑誌名: Communications Biology 巻: 4 ページ: 1238
  • DOI: 10.1038/s42003-021-02767-x
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Cryo-EM structure of the nucleosome core particle containing <i>Giardia lamblia</i> histones (2021)
  • 著者名/発表者名: Sato Shoko、Takizawa Yoshimasa、Hoshikawa Fumika、Dacher Mariko、Tanaka Hiroki、Tachiwana Hiroaki、Kujirai Tomoya、Iikura Yukari、Ho Cheng-Han、Adachi Naruhiko、Patwal Indu、Flaus Andrew、Kurumizaka Hitoshi
  • 雑誌名: Nucleic Acids Research 巻: 49 ページ: 8934～8946
  • DOI: 10.1093/nar/gkab644
  • 査読あり
• [雑誌論文] Minimal protein-only RNase P structure reveals insights into tRNA precursor recognition and catalysis (2021)
  • 著者名/発表者名: Teramoto Takamasa、Koyasu Takeshi、Adachi Naruhiko、Kawasaki Masato、Moriya Toshio、Numata Tomoyuki、Senda Toshiya、Kakuta Yoshimitsu
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: 297 ページ: 101028～101028
  • DOI: 10.1016/j.jbc.2021.101028
  • 査読あり
• [雑誌論文] 2.85 and 2.99?? resolution structures of 110?kDa nitrite reductase determined by 200?kV cryogenic electron microscopy (2021)
  • 著者名/発表者名: Adachi Naruhiko、Yamaguchi Takahide、Moriya Toshio、Kawasaki Masato、Koiwai Kotaro、Shinoda Akira、Yamada Yusuke、Yumoto Fumiaki、Kohzuma Takamitsu、Senda Toshiya
  • 雑誌名: Journal of Structural Biology 巻: 213 ページ: 107768～107768
  • DOI: 10.1016/j.jsb.2021.107768
  • 査読あり
• [雑誌論文] Single-molecule analysis of processive double-stranded RNA cleavage by Drosophila Dicer-2 (2021)
  • 著者名/発表者名: Naganuma Masahiro、Tadakuma Hisashi、Tomari Yukihide
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 12 ページ: 4268
  • DOI: 10.1038/s41467-021-24555-1
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] DNA polymerase D temporarily connects primase to the CMG-like helicase before interacting with proliferating cell nuclear antigen (2021)
  • 著者名/発表者名: Oki Keisuke、Yamagami Takeshi、Nagata Mariko、Mayanagi Kouta、Shirai Tsuyoshi、Adachi Naruhiko、Numata Tomoyuki、Ishino Sonoko、Ishino Yoshizumi
  • 雑誌名: Nucleic Acids Research 巻: 49 ページ: 4599～4612
  • DOI: 10.1093/nar/gkab243
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural and Functional Analyses of the Tridomain‐Nonribosomal Peptide Synthetase FmoA3 for 4‐Methyloxazoline Ring Formation (2021)
  • 著者名/発表者名: Katsuyama Yohei、Sone Kaoru、Harada Ayaka、Kawai Seiji、Urano Naoki、Adachi Naruhiko、Moriya Toshio、Kawasaki Masato、Shin‐ya Kazuo、Senda Toshiya、Ohnishi Yasuo
  • 雑誌名: Angewandte Chemie International Edition 巻: 60 ページ: 14554～14562
  • DOI: 10.1002/anie.202102760
  • 査読あり
• [雑誌論文] Crystal structure of the full‐length LysR‐type transcription regulator CbnR in complex with promoter DNA (2021)
  • 著者名/発表者名: Giannopoulou Evdokia‐Anastasia、Senda Miki、Koentjoro Maharani Pertiwi、Adachi Naruhiko、Ogawa Naoto、Senda Toshiya
  • 雑誌名: The FEBS Journal 巻: 288 ページ: 4560～4575
  • DOI: 10.1111/febs.15764
  • 査読あり
• [学会発表] Brief introduction of cryo-EM network and KEK cryo-EM facilit (2021)
  • 著者名/発表者名: 安達成彦
  • 学会等名: 第44回日本分子生物学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] yOperation and recent activities of the cryo-EM facility in KEK (2021)
  • 著者名/発表者名: 安達成彦
  • 学会等名: 第59回日本生物物理学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] Construction of Tough DNA Origami (2021)
  • 著者名/発表者名: Yuxiang Liu, Ruixuan Wang, Qi Chen, Kodai Fukumoto, Bingxun Wang, Yuko Murayama, Shun-ichi Sekine, Hisashi Tadakuma
  • 学会等名: 第22回日本RNA学会年会