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2023 年度 実施状況報告書

細胞核膜近傍におけるクロマチンの機能・構造解明

研究課題

研究課題/領域番号 22K06076
研究機関東京大学

研究代表者

堀越 直樹  東京大学, 定量生命科学研究所, 准教授 (60732170)

研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2025-03-31
キーワードクロマチン / ヒストン / ヌクレオソーム
研究実績の概要

真核生物において、遺伝情報の担い手であるゲノムDNAは、さまざまな細胞核内タンパク質と結合したクロマチンとして細胞核内に収納されている。クロマチンの細胞核内配置や核内における多様な構造状態が転写、複製、修復、組換えなどのゲノムDNAの機能発現制御や、初期発生、細胞分化などにおいて重要であることが分かっている。細胞核膜内側には、ラミンタンパク質、核膜孔複合体、核膜タンパク質、および核膜関連因子などによって、核ラミナが形成されており、核膜の形成・維持やクロマチンとの相互作用に重要であると考えられている。細胞核膜周辺におけるクロマチンは、凝集して遺伝子発現が抑制されたヘテロクロマチンであることが分かっているが、その構造基盤はほとんど明らかになっていない。本研究では、核ラミナ構成因子とクロマチンとの相互作用様式を明らかにし、細胞核内におけるクロマチン制御機構の解明、および核ラミナ構成因子の変異や機能異常による早老症などの疾病の作用機序解明を目指している。本年度は、核ラミナ構成因子による核膜周辺のクロマチン制御の基盤構造を解明するために、核ラミナ構成因子とヌクレオソームとの複合体を調製し、複合体のクライオ電子顕微鏡構造解析を行った。さらに、早老症などの疾患に関連する核ラミナ構成因子の変異体がヌクレオソームとの相互作用に及ぼす影響について生化学的解析および構造生物学的解析を行った。加えて、ヌクレオソームが連なったポリヌクレオソームを調製し、核ラミナ構成因子によるポリヌクレオソーム構造変化について生化学的解析を行った。以上から、核ラミナ構成因子によるクロマチン制御機構について解析を行った。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

本研究では、核ラミナ構成因子による高次クロマチン制御の基盤構造を明らかにするために、核ラミナ構成因子とクロマチンとの複合体の構造生物学的解析および生化学的解析を行った。本年度は、核ラミナ構成因子とヌクレオソームとの複合体の構造解析を行う計画であり、実際に、調製した複数の核ラミナ構成因子と再構成ヌクレオソームとの複合体の調製に成功し、クライオ電子顕微鏡を用いた複合体の構造解析を行った。さらに、早老症などの疾患で見つかった遺伝子変異が核ラミナ構成因子とヌクレオソームとの相互作用に及ぼす影響についても生化学的解析および構造生物学的解析を行った。加えて、核ラミナ構成因子が高次クロマチンに及ぼす影響を調べるために、ポリヌクレオソームを再構成し、核ラミナ構成因子によるポリヌクレオソームの高次構造変換を生化学的手法を用いて解析した。当初の計画に加えて、核ラミナ構成因子変異体の生化学的、構造生物学的解析に成功しており、当初の計画以上に進展している。

今後の研究の推進方策

核膜近傍のクロマチンは、複数種類存在するラミンタンパク質、核膜孔複合体、多数の核膜タンパク質などによって制御されると考えられている。それゆえに、それらの因子群の相互作用ネットワークや、翻訳後修飾による制御などを生化学的および構造生物学的に解析することで、核膜近傍のクロマチンの構造基盤の解明を推進する予定である。

  • 研究成果

    (6件)

すべて 2024 2023

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (3件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Chromatin structure related to oncogenesis2023

    • 著者名/発表者名
      Matsumoto Syota、Horikoshi Naoki、Takizawa Yoshimasa、Kurumizaka Hitoshi
    • 雑誌名

      Cancer Science

      巻: 114 ページ: 3068~3075

    • DOI

      10.1111/cas.15850

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] High-Speed Atomic Force Microscopy Reveals Spontaneous Nucleosome Sliding of H2A.Z at the Subsecond Time Scale2023

    • 著者名/発表者名
      Morioka Shin、Sato Shoko、Horikoshi Naoki、Kujirai Tomoya、Tomita Takuya、Baba Yudai、Kakuta Takahiro、Ogoshi Tomoki、Puppulin Leonardo、Sumino Ayumi、Umeda Kenichi、Kodera Noriyuki、Kurumizaka Hitoshi、Shibata Mikihiro
    • 雑誌名

      Nano Letters

      巻: 23 ページ: 1696~1704

    • DOI

      10.1021/acs.nanolett.2c04346

    • 査読あり
  • [学会発表] 核ラミナ構成因子によるクロマチン制御機構の生化学的及び構造生物学的解析2024

    • 著者名/発表者名
      堀越直樹、三宅諒祐、曽川-藤原千鶴、小笠原光雄、滝沢由政、胡桃坂仁志
    • 学会等名
      第41回染色体ワークショップ、第22回核ダイナミクス研究会
  • [学会発表] 核内における高次クロマチン形成の構造基盤2023

    • 著者名/発表者名
      堀越直樹、三宅諒祐、曽川-藤原千鶴、小笠原光雄、滝沢由政、胡桃坂仁志
    • 学会等名
      第16回エピジェネティクス研究会年会
  • [学会発表] 核膜近傍のクロマチン構造解析2023

    • 著者名/発表者名
      堀越直樹、三宅諒祐、曽川-藤原千鶴、小笠原光雄、滝沢由政、胡桃坂仁志
    • 学会等名
      第96回日本生化学会大会
  • [図書] 実験医学増刊 あなたのラボから薬を生み出す アカデミア創薬の実践「エピジェネティクスの構造基盤」2024

    • 著者名/発表者名
      堀越直樹、胡桃坂仁志
    • 総ページ数
      243
    • 出版者
      羊土社

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公開日: 2024-12-25  

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