クロマチン脱修飾酵素によるヌクレオソームの制御研究

2014 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 24613007
• 研究機関: 独立行政法人理化学研究所
• 研究代表者: 梅原 崇史 独立行政法人理化学研究所, ライフサイエンス技術基盤研究センター, ユニットリーダー (20415095)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2015-03-31
• キーワード: エピジェネティクス / クロマチン / ヒストン / 遺伝子発現 / 転写 / エピゲノム / メチル化 / 阻害剤

研究実績の概要

本研究では、ヒトの染色体・クロマチンの制御に関わるエピジェネティクス制御タンパク質のうち、乳癌・直腸癌・神経腫瘍を始めとする難治癌や生活習慣病等の発症との関連が示唆されているLSD1/2 (Lysine-specific demethylase-1/2)脱メチル化酵素ファミリーがメチル化されたクロマチンを標的として転写制御に働く分子機構を解析することを目的としている。本年度は、FAD含有ヒストン脱メチル化酵素ファミリーのLSD1/2が脱メチル化標的とするヒストンH3のLys4のモノメチル化修飾を含むヌクレオソームの再構成技術を開発・改良した。Boc保護したBocモノメチルリジンを全長ヒストンH3のLys4, Lys9, Lys27, Lys36、およびLys4とLys27の２箇所に残基特異的に導入したタンパク質を大腸菌無細胞合成技術の開発と反応条件の最適化により大量合成した。調製したH3タンパク質は部分精製を行い、その後、トリフルオロ酢酸を用いてBocモノメチルリジンの脱Boc反応条件を最適化することにより、目的とする残基特異的モノメチル化H3タンパク質のミリグラム調製技術を確立した。本年度は、FAD含有ヒストン脱メチル化酵素ファミリーの脱メチル化反応の対照であり、Jumonji型ヒストン脱メチル化酵素の基質となるトリメチル化リジンのタンパク質への残基特異的な導入技術についてもRibozyme反応を用いた条件検討を行った。さらにLSD1/2によるリジンメチル化ヌクレオソーム等の脱修飾機構の解明とそれらのタンパク質に対する制御分子の開発のため、大腸菌発現系およびバキュロウイルス発現系におけるLSD1/2の調製、LSD2抗体の作成と評価、および結晶構造解析を行った。

研究成果

• [雑誌論文] Lysine-specific demethylase LSD2 suppresses lipid influx and metabolism in hepatic cells (2015)
  • 著者名/発表者名: Nagaoka, K., Hino, S., Sakamoto, A., Anan, K., Takase, R., Umehara, T., Yokoyama, S., Sasaki, Y., Nakao, M.
  • 雑誌名: Mol. Cell. Biol. 巻: 35 (7) ページ: 1068-1080
  • DOI: 10.1128/MCB.01404-14
  • 査読あり
• [雑誌論文] Solution structures of the DNA-binding domains of immune-related zinc-finger protein ZFAT (2015)
  • 著者名/発表者名: *Tochio, N., *Umehara, T., Nakabayashi, K., Yoneyama, M., Tsuda, K., Shirouzu, M., Koshiba, S., Watanabe, S., Kigawa, T., Sasazuki, T., Shirasawa, S., Yokoyama, S.
  • 雑誌名: J. Struct. Funct. Genomics 巻: 16 (2) ページ: in press
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] New frontiers of epigenetics researches in pharmaceutical sciences (2015)
  • 著者名/発表者名: Umehara. T., Hori, Y.
  • 雑誌名: Yakugaku Zasshi 巻: 135(1) ページ: 1-2
  • DOI: 10.1248/yakushi.14-00202-F
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Multiple site-specific installations of Nε-monomethyl-L-lysine into histone proteins by cell-based and cell-free protein synthesis (2014)
  • 著者名/発表者名: *Yanagisawa, T., *Takahashi, M., Mukai, T., Sato, S., Wakamori, M., Shirouzu, M., Sakamoto, K., #Umehara, T., #Yokoyama, S.
  • 雑誌名: Chembiochem 巻: 15 (12) ページ: 1830-1838
  • DOI: 10.1002/cbic.201402291
  • 査読あり
• [雑誌論文] Expanded genetic code technologies for incorporating modified lysine at multiple sites (2014)
  • 著者名/発表者名: Yanagisawa, T., Umehara, T., Sakamoto, K., Yokoyama, S.
  • 雑誌名: Chembiochem 巻: 15 (15) ページ: 2181-2187
  • DOI: 10.1002/cbic.201402266
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of a hexahistidine-3× FLAG-tandem affinity purification method for endogeneous protein complexes in Pichia pastoris (2014)
  • 著者名/発表者名: Higo, T., Suka, N., Ehara, H., Wakamori, M., Sato, S., Maeda, H., Sekine, S.I., Umehara, T., Yokoyama, S.
  • 雑誌名: J. Struct. Funct. Genomics 巻: 15 (4) ページ: 191-199
  • DOI: 10.1007/s10969-014-9190-1
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] 「エピヌクレオソーム」の再構成に基づいた創薬技術開発」 (2015)
  • 著者名/発表者名: 梅原崇史
  • 学会等名: 第135回日本薬学会年会
  • 発表場所: 神戸市
  • 年月日: 2015-03-26 – 2015-03-26
• [学会発表] Structure-based development of inhibitors targeting histone demethylase LSD1/KDM1 (2014)
  • 著者名/発表者名: Umehara, T., Yokoyama, S.
  • 学会等名: 第37回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: 横浜市
  • 年月日: 2014-11-26 – 2014-11-26
• [学会発表] Functional and structural analyses of H4-acetylated nucleosome core particles (2014)
  • 著者名/発表者名: Umehara, T., Wakamori, M., Fujii, Y., Suka, N., Shirouzu, M., Sakamoto, K., Yokoyama, S.
  • 学会等名: 11th EMBL Conference of Transcription and Chromatin
  • 発表場所: Heidelberg, Germany
  • 年月日: 2014-08-24 – 2014-08-24
• [学会発表] Synthesis of histone proteins containing multiple and site-specific monomethyl-lysines (2014)
  • 著者名/発表者名: Umehara, T., Yanagisawa, T., Takahashi, M., Mukai, T., Sato, S., Wakamori, M., Shirouzu, M., Sakamoto, K., Yokoyama, S.
  • 学会等名: FASEB Science Research Conference on Biological Methylation: Regulation of Chromatin, Epigenetics, and Disease
  • 発表場所: Nassau, Bahamas
  • 年月日: 2014-07-07 – 2014-07-07
• [学会発表] Reconstitution of ‘epi-nucleosomes’ with pinpoint epigenetic information (2014)
  • 著者名/発表者名: Umehara, T., Yokoyama, S.
  • 学会等名: 広島大学 クロマチン動態数理研究拠点セミナー
  • 発表場所: 広島市
  • 年月日: 2014-06-13 – 2014-06-13
  • 招待講演
• [図書] 生体の科学 「生命動態システム科学」 エピヌクレオソームの再構成による遺伝子発現制御解析 65 (5) 462-463 (2014)
  • 著者名/発表者名: 梅原崇史
  • 総ページ数: 2
  • 出版者: 医学書院
• [備考]
  • URL: http://www.riken.jp/research/labs/clst/struct_synth_biol/bio_funct_mol_dev/epigen_drug_discov/
• [備考]
  • URL: http://researchmap.jp/ume/