クロマチンにおける相同組換えの分子機構に関する研究

2016 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 25250023
• 研究機関: 早稲田大学
• 研究代表者: 胡桃坂 仁志 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (80300870)
• 研究分担者: 清水 光弘 明星大学, 理工学部, 教授 (80231364)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2017-03-31
• キーワード: ゲノム多様性 / ゲノム進化・再編 / 遺伝情報複製・再編 / ゲノム機能 / 活性発現の分子機構 / 染色体構築・機能・分配 / 生体高分子構造・機能 / 構造活性相関

研究実績の概要

本研究は、クロマチン構造上における相同組換えの分子機構の解明を目的とする。真核生物のゲノムDNAは、高次に折りたたまれたクロマチン構造を形成しているが、その高次クロマチンにおける相同組換え機構は未だ明らかでない。これまでに我々は、リンカーヒストンH１を含む高次クロマチンでの相同組換え反応機構を明らかにし、H1サブタイプにより形成される多様なクロマチン構造が相同組換え反応を制御することを発見した。
本年度は、クロマチン構造上におけるRAD51およびDMC1の機能差異を明らかにすることを目的とし、解析を行った。そのために、試験管内再構成系により調製した再構成クロマチンを用いて、ヌクレオソームの形成がRAD51とDMC１の相同的対合反応に与える影響を生化学的に解析した。その結果、DMC1は、RAD51とは異なり、ヌクレオソームが形成されていない領域で優先的に相同的対合反応を触媒することを明らかにした。ヌクレオソームが形成されていない染色体領域は、減数分裂期の組換えホットスポットに存在する。そのため、DMC1は組換えホットスポットでの組換えに特化した機能をもつことが示唆された。
次に、クロマチンでの相同組換えに重要なFanconi貧血原因遺伝子であるFANCI-FANCD2複合体と、相同組換えタンパク質RAD51との相互作用を生化学的に解析した。その結果、FANCI-FANCD2複合体はRAD51と直接相互作用し、その結果RAD51とDNAとのフィラメント形成を安定化することを明らかにした。さらに、FANCI-FANCD2複合体によって安定化されたRAD51フィラメントは、DNAを分解酵素からの消化から保護していることがわかった。以上の結果は、クロマチンにおける相同組換えの分子機構を理解する上で重要な知見を与えた。

現在までの達成度 (段落)

28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

28年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] Carnegie Mellon University(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: Carnegie Mellon University
• [雑誌論文] Xeroderma pigmentosum group C protein interacts with histones: regulation by acetylated states of histone H3. (2017)
  • 著者名/発表者名: Kakumu E, Nakanishi S, Shiratori HM, Kato A, Kobayashi W, Machida S, Yasuda T, Adachi N, Saito N, Ikura T, Kurumizaka H, Kimura H, Yokoi M, Sakai W, Sugasawa K.
  • 雑誌名: Genes Cells. 巻: 3 ページ: 310-327
  • DOI: 10.1111/gtc.12479.
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Polymorphism of apyrimidinic DNA structures in the nucleosome. (2017)
  • 著者名/発表者名: Osakabe A, Arimura Y, Matsumoto S, Horikoshi N, Sugasawa K, Kurumizaka H.
  • 雑誌名: Sci. Rep. 巻: 7 ページ: 41783
  • DOI: 10.1038/srep41783.
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Identification of the amino acid residues responsible for stable nucleosome formation by histone H3.Y. (2017)
  • 著者名/発表者名: Kujirai T, Horikoshi N, Xie N, Taguchi H, Kurumizaka H.
  • 雑誌名: Nucleus. 巻: - ページ: 1-10
  • DOI: 10.1080/19491034.2016.1277303.
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] In vitro reconstitution and biochemical analyses of the Schizosaccharomyces pombe nucleosome. (2017)
  • 著者名/発表者名: Koyama M, Nagakura W, Tanaka H, Kujirai T, Chikashige Y, Haraguchi T, Hiraoka Y, Kurumizaka H.
  • 雑誌名: Biochem Biophys Res Commun. 巻: 482 ページ: 896-901
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2016.11.130.
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] FANCI-FANCD2 stabilizes the RAD51-DNA complex by binding RAD51 and protects the 5′-DNA end. (2016)
  • 著者名/発表者名: Sato K, Shimomuki M, Katsuki Y, Takahashi D, Kobayashi W, Ishiai M, Miyoshi H, Takata M, Kurumizaka H.
  • 雑誌名: Nucleic Acids Res. 巻: 44 ページ: 10758-10711
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Structure of the human DNA-repair protein RAD52 containing surface mutations. (2016)
  • 著者名/発表者名: Saotome M, Saito K, Onodera K, Kurumizaka H, Kagawa W.
  • 雑誌名: Acta Crystallogr F Struct Biol Commun. 巻: 72 ページ: 598-603
  • DOI: 10.1107/S2053230X1601027X.
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Sequence-directed nucleosome-depletion is sufficient to activate transcription from a yeast core promoter in vivo. (2016)
  • 著者名/発表者名: Ichikawa Y, Morohashi N, Tomita N, Mitchell AP, Kurumizaka H, Shimizu M.
  • 雑誌名: Biochem Biophys Res Commun. 巻: 476 ページ: 57-62
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2016.05.063.
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Structural and biochemical analyses of monoubiquitinated human histones H2B and H4. (2016)
  • 著者名/発表者名: Machida S, Sekine S, Nishiyama Y, Horikoshi N, Kurumizaka H.
  • 雑誌名: Open Biol. 巻: 6 ページ: 160090
  • DOI: 10.1098/rsob.160090.
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Crystal structures of heterotypic nucleosomes containing histones H2A.Z and H2A. (2016)
  • 著者名/発表者名: Horikoshi N, Arimura Y, Taguchi H, Kurumizaka H.
  • 雑誌名: Open Biol. 巻: 6 ページ: 160127
  • DOI: 10.1098/rsob.160127.
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Chromatin architecture may dictate the target site for DMC1, but not for RAD51, during homologous pairing. (2016)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi W, Takaku M, Machida S, Tachiwana H, Maehara K, Ohkawa Y, Kurumizaka H.
  • 雑誌名: Sci. Rep. 巻: 6 ページ: 24228
  • DOI: 10.1038/srep24228
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] Structural studies for epigenetic regulation of genomic DNA (2016)
  • 著者名/発表者名: Hitoshi Kurumizaka
  • 学会等名: 10th International 3R (Replication, Recombination and Repair) Symposium
  • 発表場所: 松江
  • 年月日: 2016-11-13 – 2016-11-17
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] がん細胞で見られるヒストン変異のクロマチン構造・動態変動への影響 (2016)
  • 著者名/発表者名: 胡桃坂 仁志
  • 学会等名: 第89回日本生化学会大会
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 2016-09-25 – 2016-09-27
  • 招待講演
• [学会発表] ALTERED STRUCTURES AND PHYSICAL CHARACTERISTICS OF NUCLEOSOMES CONTAINING CANCER-ASSOCIATED HISTONE MUTATIONS (2016)
  • 著者名/発表者名: Hitoshi Kurumizaka
  • 学会等名: DNA metabolism, genome stability and diseases
  • 発表場所: 中国
  • 年月日: 2016-06-13 – 2016-06-17
  • 国際学会 / 招待講演