全ゲノム領域に共通した正確なDNA修復を保証するDSB修復経路選択機構の研究

2023 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 21H03596
• 配分区分: 補助金
• 研究機関: 慶應義塾大学
• 研究代表者: 柴田 淳史 慶應義塾大学, 薬学部(芝共立), 教授 (30707633)
• 研究分担者: 山内 基弘 九州大学, アイソトープ統合安全管理センター(馬出地区), 准教授 (60437910) ; 宮成 悠介 金沢大学, ナノ生命科学研究所, 准教授 (60469608) ; 安原 崇哲 京都大学, 生命科学研究科, 教授 (90757056)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2025-03-31
• キーワード: DNA修復 / 放射線 / NHEJ / クロマチン / 染色体転座

研究実績の概要

放射線照射が誘発するDNA二本鎖切断（DSB)は重篤なDNA損傷の一つとされ、その修復の成否は細胞の運命決定に大きな影響を与える。ヒト細胞に生じたDSBは、非相同未端連結（NHEJ)または相同組換え（HR)のいずれかによって修復される。我々は、放射線照射直後、DSB近傍ではNHEJに適したコンパクトなクロマチン構造が構築され、HRの進行と伴にクロマチン構造が変化することで、NHEJからHRへの切り替えを促進していることを明らかにしてきた。そのクロマチン環境変化を制御する因子は53BP1であることが示唆されているが、その詳細な分子機構は未解明である。本研究では、細胞がどのようにしてクロマチン環境をNHEJからHRに適した構造へと変化させているのか、DSB発生から時間の経過と伴に局在を変化させる53BP1　repositioning(再配置）」と呼ばれる現象に着目し、その分子機構の解明に迫る。昨年度、超高解像度蛍光顕微鏡3D－SIM(OMX)により53BP1を観察した結果、53BP1は複数のナノドメインを構成していることが明らかになった。我々が所有する53BP1変異体にて53BP1ナノドメインを解析した結果、特に53BP1-olimerization変異体にて53BP1ナノドメイン構築に異常が認められた。次に、環境変化が53BP1の集積に影響を及ぼすかどうか検討するため、細胞内のATP濃度が低下した条件下において53BP1などのDSB修復因子の集積を解析した。その結果、53BP1の集積低下、およびRAD51形成能の低下が認められた。

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

超高解像度蛍光顕微鏡3D－SIM(OMX)により53BP1は複数のナノドメインの可視化に成功し、その機能解析が進んでいる。

今後の研究の推進方策

昨年度までにゲノムワイドな部位特異的DSB誘導系を用いたChIP-seq/ATAC-seq解析のための条件検討を重ねてきた。そのため本年度は、DSB近傍のクロマチン構造と53BP1ナノドメイン機能の関係性についてさらに解析を進める。

研究成果

• [国際共同研究] University of Sussex(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: University of Sussex
• [雑誌論文] Characterization of the signal transduction cascade for inflammatory gene expression in fibroblasts with ATM-ATR deficiencies after Ionizing radiation (2024)
  • 著者名/発表者名: Haruna Shunji、Okuda Ken、Shibata Akiko、Isono Mayu、Tateno Kohei、Sato Hiro、Oike Takahiro、Uchihara Yuki、Kato Yu、Shibata Atsushi
  • 雑誌名: Radiotherapy and Oncology 巻: 194 ページ: 110198～110198
  • DOI: 10.1016/j.radonc.2024.110198
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Inhibition of intracellular ATP synthesis impairs the recruitment of homologous recombination factors after ionizing radiation (2024)
  • 著者名/発表者名: Hayashi Ryota、Okumura Hikaru、Isono Mayu、Yamauchi Motohiro、Unami Daiki、Lusi Rahmartani Tania、Yamamoto Masamichi、Kato Yu、Uchihara Yuki、Shibata Atsushi
  • 雑誌名: Journal of Radiation Research 巻: － ページ: －
  • DOI: 10.1093/jrr/rrae005
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] ATR signaling controls the bystander responses of human chondrosarcoma cells by promoting RAD51-dependent DNA repair (2024)
  • 著者名/発表者名: Luong Nho Cong、Kawamura Hidemasa、Ikeda Hiroko、Roppongi Reiko T.、Shibata Atsushi、Hu Jiaxuan、Jiang Jinmeng G.、Yu David S.、Held Kathryn D.
  • 雑誌名: International Journal of Radiation Biology 巻: － ページ: 1～12
  • DOI: 10.1080/09553002.2024.2324479
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Comprehensive single-cell analysis demonstrates radiotherapy-induced infiltration of macrophages expressing immunosuppressive genes into tumor in esophageal squamous cell carcinoma (2023)
  • 著者名/発表者名: Oyoshi H, Du J, Sakai SA, Yamashita R, Okumura M, Motegi A, Hojo H, Nakamura M, Hirata H, Sunakawa H, Kotani D, Yano T, Kojima T, Nakamura Y, Kojima M, Suzuki A, Zenkoh J, Tsuchihara K, Akimoto T, Shibata A, Suzuki Y, Kageyama S.
  • 雑誌名: Science Advances 巻: 9 ページ: 9069-9069
  • DOI: 10.1126/sciadv.adh9069
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] HLA Class I Expression Is Associated with DNA Damage and Immune Cell Infiltration into Dysplastic and Neoplastic Lesions in Ulcerative Colitis (2023)
  • 著者名/発表者名: Okami Haruka、Ozawa Naoya、Sohda Makoto、Yokobori Takehiko、Osone Katsuya、Erkhem-Ochir Bilguun、Dorjkhorloo Gendensuren、Shiraishi Takuya、Okada Takuhisa、Sano Akihiko、Sakai Makoto、Miyazaki Tatsuya、Ogawa Hiroomi、Yao Takashi、Oike Takahiro、Sato Hiro、Shirabe Ken、Shibata Atsushi、Saeki Hiroshi
  • 雑誌名: International Journal of Molecular Sciences 巻: 24 ページ: 13648～13648
  • DOI: 10.3390/ijms241713648
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] 放射線DNA損傷とその応答システム (2024)
  • 著者名/発表者名: 柴田 淳史
  • 学会等名: 第14回放射線生物学セミナー
  • 招待講演
• [学会発表] 放射線照射が誘発するDNA二本鎖切断修復の経路選択機構 (2023)
  • 著者名/発表者名: 柴田 淳史
  • 学会等名: 日本量子医科学会 第３回学術大会
  • 招待講演
• [学会発表] 放射線治療時に生じるDNA損傷を起因とする免疫制御因子の制御機構 (2023)
  • 著者名/発表者名: 柴田 淳史
  • 学会等名: 日本放射線腫瘍学会第36回学術大会:学会合同シンポジウム（日本放射線影響学会）
  • 招待講演
• [学会発表] "Educational Session 「DNA damage repair and signaling after high LET particle irradiation」 Scientific Session 「DNA double-strand break induction and its repair after high LET particle irradiation」" (2023)
  • 著者名/発表者名: 柴田 淳史
  • 学会等名: PTCOG-AO & ISTPT2023にてEducational SessionとScientific Sessionで発表（online）
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Mechanisms underlying DNA double-strand break repair pathway choice (2023)
  • 著者名/発表者名: 柴田 淳史
  • 学会等名: 日本核酸医薬学会第８回年会
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] DNA 損傷により惹起される免疫制御系リガンド発現調節機構 (2023)
  • 著者名/発表者名: 柴田 淳史
  • 学会等名: 第23回日本抗加齢医学会総会
  • 招待講演
• [学会発表] PARP阻害剤治療時に発生するDNA損傷応答と抗腫瘍免疫の関連性 (2023)
  • 著者名/発表者名: 柴田 淳史
  • 学会等名: 第3回JOHBOC学術総会
  • 招待講演
• [学会発表] DNA損傷応答により惹起される免疫リガンド発現制御機構 (2023)
  • 著者名/発表者名: 柴田 淳史
  • 学会等名: DiaMond Cardiovascular Seminar
  • 招待講演
• [学会発表] Regulation of immune-ligand presentation in response to DNA damage. (2023)
  • 著者名/発表者名: 柴田 淳史
  • 学会等名: ATW 第19回毛細血管拡張性運動失調症ワークショップ
  • 国際学会
• [学会発表] 放射線治療と免疫チェックポイント阻害剤併用時の最適化を目指した基礎医学研究 (2023)
  • 著者名/発表者名: 柴田 淳史
  • 学会等名: 第23回菅原・大西記念癌治療増感研究シンポジウム
  • 招待講演
• [備考] 柴田研究室
  • URL: https://shibataxlab.com/
• [備考] SHIBATA LAB
  • URL: https://shibataxlab.com/english/