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2021 年度 実績報告書

コヒーシンによるエンハンソソーム制御:転写伸長反応制御の統合的理解に向けて

研究課題

研究課題/領域番号 20H05686
研究機関東京大学

研究代表者

白髭 克彦  東京大学, 定量生命科学研究所, 教授 (90273854)

研究分担者 中戸 隆一郎  東京大学, 定量生命科学研究所, 准教授 (60583044)
須谷 尚史  東京大学, 定量生命科学研究所, 准教授 (30401524)
研究期間 (年度) 2020-08-31 – 2025-03-31
キーワード染色体高次構造 / 染色体動態 / コヒーシン / エンハンソソーム / 転写制御
研究実績の概要

昨年度までに、試験管内で人工アクチベーターGAL4融合VP16タンパク質(G4-VP)とHeLa核抽出液(NE)をGal4結合配列とプロモーター配列を持ったテンプレートDNAを混合反応すると、コヒーシンローダーNipbl/Mau2を含むメディエーター、基本転写因子、RNAポリメラーゼII(RNAPII)を含む転写前開始複合体PICの形成でき、ATPや転写阻害を用いることで、RNAPIIの活性化や制御因子の会合促進反応の検出を可能にした。
今年度、ATPase活性反応を中間段階で停止できる薬剤AlFxを用いることで、Brd4、DSIFやNELFなどの伸長や停止促進を制御する因子及びこれまで観察が困難であったコヒーシンの会合の促進が観察できることを発見し、転写活性化移行への中間複合体の検出に成功した。コヒーシンをNEから除去すると、この複合体形成が阻害されるが、CDK9阻害剤で処理することでこの効果は抑制される。試験管内の転写反応では、Nibplは、p-TEFbと強く相互作用するが、特にAFF4の複合体とともにp-TEFbと結合し、機能していることを示す結果を得た。このことから、コヒーシンローダー及びコヒーシンは、p-TEFbに対して抑制的に働く活性を持ち、転写活性化後の段階を厳密に制御するために必要であることが予想される。この試験管内の反応で見られた結果は、CdLsやCHOPsの遺伝病患者でこれまでに見られた一部の遺伝子における転写伸長の促進、RNAPIIのリン酸化の増加を説明するものであり、これらの疾患病態をよく説明する。

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

現在までのところ、コヒーシン、コヒーシンローダーが転写伸長反応への移行段階、より厳密には移行段階から移行後も転写を制御していることが明らかとなっており、当初のモデルとは矛盾はしないものの、新たな知見が得られてきている。当初掲げている4つのサブプロジェクト、すなわち(1) 試験管内再構成を用いたエンハンソソームにおけるコヒーシン機能の解明。(2) 核内エンハンソソー
ムの高解像度可視化を通じたコヒーシンの機能解析。(3) エンハンソソームのタンパク質性・非タンパク質性構成因子の網羅的同定。(4)コヒーシンの修飾とエンハンソソーム制御への関与、についてはそれぞれ順調に進展しており、ATPase活性が転写開始反応に抑制的に機能していることを示すデータを得ている。今後、一体、「何が」コヒーシンローダーを転写装置へリクルートするのか、そして、コヒーシンのATPase活性の転写における役割は何かを明確にしていく予定である。

今後の研究の推進方策

当初の予定と変更はない。in vitro系を中心に据え、より詳細かつ網羅的な転写開始段階の複合体の解析を行うとともに、特にCdLSとCHOPsといったコヒーシン病について、培養細胞を用い病態再現を目指すことを目標としていく。

  • 研究成果

    (6件)

すべて 2022 2021 その他

すべて 国際共同研究 (3件) 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 1件、 査読あり 3件、 オープンアクセス 3件)

  • [国際共同研究] Children's Hospital of Philadelphia(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      Children's Hospital of Philadelphia
  • [国際共同研究] カロリンスカ研究所(スウェーデン)

    • 国名
      スウェーデン
    • 外国機関名
      カロリンスカ研究所
  • [国際共同研究] Center for Biological Research(スペイン)

    • 国名
      スペイン
    • 外国機関名
      Center for Biological Research
  • [雑誌論文] Highly rigid H3.1/H3.2-H3K9me3 domains set a barrier for cell fate reprogramming in trophoblast stem cells.2022

    • 著者名/発表者名
      Hada M, Miura H, Tanigawa A, Matoba S, Inoue K, Ogonuki N, Hirose M, Watanabe N, Nakato R, Fujiki K, Hasegawa A, Sakashita A, Okae H, Miura K, Shikata D, Arima T, Shirahige K, Hiratani I, Ogura A.
    • 雑誌名

      Genes Dev.

      巻: 36(1-2) ページ: 84-102

    • DOI

      10.1101/gad.348782.121. Epub 2022 Jan 6.PMID: 34992147

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Pericentromeric noncoding RNA changes DNA binding of CTCF and inflammatory gene expression in senescence and cancer.2021

    • 著者名/発表者名
      Miyata K, Imai Y, Hori S, Nishio M, Loo TM, Okada R, Yang L, Nakadai T, Maruyama R, Fujii R, Ueda K, Jiang L, Zheng H, Toyokuni S, Sakata T, Shirahige K, Kojima R, Nakayama M, Oshima M, Nagayama S, Seimiya H, Hirota T, Saya H, Hara E, Takahashi A.
    • 雑誌名

      Proc Natl Acad Sci U S A.

      巻: 118(35) ページ: e2025647118

    • DOI

      10.1073/pnas.2025647118.

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Checkpoint-mediated DNA polymerase ε exonuclease activity curbing counteracts resection-driven fork collapse.2021

    • 著者名/発表者名
      Pellicano G, Al Mamun M, Jurado-Santiago D, Villa-Hernandez S, Yin X, Giannattasio M, Lanz MC, Smolka MB, Yeeles J, Shirahige K, Garcia-Diaz M, Bermejo R.
    • 雑誌名

      Mol Cell.

      巻: 81(13) ページ: 2778-2792.

    • DOI

      10.1016/j.molcel.2021.04.006. Epub 2021 Apr 30.PMID: 33932350

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著

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公開日: 2023-12-25  

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