Ｘ線及び中性子溶液散乱法による高次ヌクレオソーム複合体の動態構造解析

2015 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 25291037
• 研究機関: 横浜市立大学
• 研究代表者: 佐藤 衛 横浜市立大学, 生命医科学研究科, 教授 (60170784)
• 研究分担者: 小田 隆 横浜市立大学, 生命医科学研究科, 特任助教 (00573164)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• キーワード: 溶液散乱 / 小角散乱 / クロマチン / ヌクレオソーム / セントロメア / 分子動力学計算 / 粗視化モデル

研究実績の概要

クロマチンはDNAがヒストン蛋白質に巻き付いたヌクレオソームを構成要素とし、それが数珠状につながって多量体を形成し、高次構造を形成する。本年度は当該研究の最終年度で、当該研究の目的である高次ヌクレオソームの動態解析に的を絞って研究を行った。高次ヌクレオソームとしては、クロマチンの動態を理解するためには、連続したヌクレオソーム同士のなす角度分布が特に重要であるので、３つのヌクレオソームを含めトリ・ヌクレオソームをターゲットにするとともに、細胞分裂時の動原体形成がどのように制御されるのかを明らかにするために、セントロメア特異的なヒストンバリアントであるCENP-Aをその中に包含したトリ・ヌクレオソームを調製し、その動態を解析した。
解析は、様々なイオン強度で測定されたSAXSプロファイルを実験データとして使用し、分子動力学計算で得られるモデルから計算されるとSAXSデータと比較して、セントロメア領域特異的なクロマチンの動態を世界で初めて実験と理論の両面から原子レベルで明らかにした。なお、分子動力学（MD）計算は、トリ・ヌクレオソームの動態が通常のタンパク質に比べて大きく揺らいでいることを考慮し、広い時空間での揺らぎに対応できる粗視化分子シミュレーションによって、トリ・ヌクレオソームの動態を調べた。こうして、ヒストンはアミノ酸を１個の球で、DNAはヌクレオチドを３個の球で近似して、Langevin動力学によるMDシミュレーシを行った。さらに、こうした粗視化されたモデルからSAXSプロファイルを理論的に計算する方法を開発するとともに、少ない情報量のSAXSプロファイルに三次元構造をフィットさせるときに生じるOver-fittingの問題を避ける目的で、MD計算ではSAXSデータを考慮しないようにして、SAXSデータと整合する構造群を求めるアルゴリズムを開発した。

現在までの達成度 (段落)

27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

27年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額が生じた理由

27年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額の使用計画

27年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Extended string-like binding of the phosphorylated HP1α N-terminal tail to the lysine 9-methylated histone H3 tail (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Shimojo, A. Kawaguchi, T. Oda, N. Hashiguchi, S. Omori, K. Moritsugu, A. Kidera, K. Hiragami-Hamada, J. Nakayama, M. Sato, Y. Nishimura
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 6 ページ: 22527-22541
  • DOI: 10.1038/srep22527
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] , S. J. Kim, M. Kong, M. Durand-Diebold, Y. Kim, H. M. Kim, N. K. Lee, M. Sato, B. Oh, S. Gruber, Molecular basis for SMC rod formation and its dissolution upon DNA binding (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Soh, F. Bürmann, H. Shin, T. Oda, K. S. Jin, C. P. Toseland, C. Kim, H. Lee, S. J. Kim, M. Kong, M. Durand-Diebold, Y. Kim, H. M. Kim, N. K. Lee, M. Sato, B. Oh, S. Gruber
  • 雑誌名: Mol. Cell 巻: 57 ページ: 290-303
  • DOI: 10.1016/j.molcel.2014.11.023
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] A magnetic anti-cancer compound for magnet-guided delivery and magnetic resonance imaging (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Eguchi, M. Umemura, R. Kurotani, H. Fukumura, I. Sato,.J-. H. Kim, Y. Hoshino, J. Lee, N. Amemiya, M. Sato, K. Hirata, D. J. Singh, T. Masuda, M. Yamamoto, T. Urano, K. Yoshida, K. Tanigaki, M. Yamamoto, M. Sato, S. Inoue, I. Aoki, Y. Ishikawa
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 5 ページ: 9194-9207
  • DOI: 10.1038/srep09194
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Charge-neutralization effect of the tail regions on the histone H2A/H2B dimer structure (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Saikusa, S. Shimoyama, Y. Asano, A. Nagadoi, M. Sato, H. Kurumizaka, Y. Nishimura, Akashi S
  • 雑誌名: Protein Sci. 巻: 24 ページ: 1224-1231
  • DOI: 10.1002/pro.2673
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A novel 3′splice site recognition by the two zinc fingers in the U2AF small subunit (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Yoshida, S. -Y. Park, T. Oda, T. Akiyoshi, M. Sato, M. Shirouzu, K. Tsuda, K. Kuwasako, S. Unzai, Y. Muto, T. Urano, E. Obayashi
  • 雑誌名: Gene Dev. 巻: 29 ページ: 1-12
  • DOI: 10.1101/gad.267104.115.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Structure of a novel DNA-binding domain of helicase-like transcription factor (HLTF) and its functional implication in DNA damage (2015)
  • 著者名/発表者名: A. Hishiki, K. Hara, Y. Ikegaya, H. Yokoyama, T. Shimizu, M. Sato, H. Hashimoto
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 巻: 290 ページ: 13215-13223
  • DOI: 10.1074/jbc.M115.643643
  • オープンアクセス
• [学会発表] MD-SAXSによるタンパク質のゆらぎ解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 池口満徳, 小甲裕一, 佐藤 衛
  • 学会等名: 日本結晶学会平成27年度年会
  • 発表場所: 大阪府立大学
  • 年月日: 2015-10-18 – 2015-10-19
  • 招待講演
• [学会発表] Coarse-Grained MD-SAXS method and application to nucleosomes (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Kokabu, T. Oda, M. Sugiyama, H. Kurumizaka, M. Sato, M. Ikeguchi
  • 学会等名: 第53回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 金沢大学
  • 年月日: 2015-09-13 – 2015-09-15
• [産業財産権] 新規抗PAD4抗体 (2016)
  • 発明者名: 佐藤 衛、山田道之、金澤 智、豊浦雅義、庄屋雄二、斉藤憲二
  • 権利者名: 佐藤 衛、山田道之、金澤 智、豊浦雅義、庄屋雄二、斉藤憲二
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: PCT/JP2016/057030
  • 出願年月日: 2016-03-07
  • 外国