エピゲノム情報としてのグアニン４重鎖の形成と複製開始における役割と生物学的意義

2023 年度 実績報告書

• 研究領域: 多様かつ堅牢な細胞形質を支える非ゲノム情報複製機構
• 研究課題/領域番号: 22H04707
• 研究機関: 公益財団法人東京都医学総合研究所
• 研究代表者: 正井 久雄 公益財団法人東京都医学総合研究所, 基礎医科学研究分野, 所長 (40229349)
• 研究期間 (年度): 2022-04-01 – 2024-03-31
• キーワード: グアニン４重鎖構造 / 複製開始 / RNA-DNAハイブリッド / 大腸菌染色体 / 環境適応 / 非ゲノム情報 / 変異 / 組換え

研究実績の概要

典型的な非B型DNA構造である、グアニン４重鎖(G4)構造は、生物種を問わず普遍的に存在し、その生物学的機能も次々と報告されている。G4は、配列ではなく、形成する核酸形態が重要な役割を果たす。又、G4の形成と崩壊は、生体内でダイナミックに変動している可能性があり、これまで見逃されている重要な非ゲノム情報である。数年前にヒトを含む高等生物の複製起点の近傍に高い頻度でG4形成配列が存在する事が明らかとなり、G4の複製開始における役割が示唆された。私たちは、G4がDNA複製開始のシグナルとして、あるいは、複製を抑制するクロマチン形成の拠点として機能することを発見した。本研究では、非ゲノム情報としてのG4の細胞内でのダイナミックな形成が、DNA複製開始をどのように制御するか、またその存在がゲノムの安定な維持継承にどのような影響を及ぼすかを解析し、その分子機構と生物学的意義の解明を目指す。2023年度、転写プロモーターを染色体上のG-rich配列（G4形成配列）の上流に組み込むことにより、染色体全体の複製を維持できる可能性を見出した。また、その複製開始のメカニズムを、in vitroのDNA複製系を用いて解析した。さらに、この複製系は変異を誘導しやすく、それにより環境への適応度を増加させている可能性を示した。今後、同様な複製システムが真核細胞で機能しているかどうか否か、また、生物におけるRNA-DNA ハイブリッド依存的のDNA複製システムの生物学的意義をさらに解析を行い追究していく。

現在までの達成度 (段落)

令和5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

令和5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] Phosphorylation inhibits intramolecular interactions, DNA-binding and protein interactions of Claspin through disordered/ structured conformation transition (2024)
  • 著者名/発表者名: You Zhiying、Hsiao Hao-Wen、Yang Chi-Chun、Goto Hidemasa、Masai Hisao
  • 雑誌名: bioRxiv 巻: － ページ: －
  • DOI: 10.1101/2024.01.08.574761
  • 査読あり
• [雑誌論文] Homology recognition without double-stranded DNA-strand separation in D-loop formation by RecA (2024)
  • 著者名/発表者名: Shibata Takehiko、Ikawa Shukuko、Iwasaki Wakana、Sasanuma Hiroyuki、Masai Hisao、Hirota Kouji
  • 雑誌名: Nucleic Acids Research 巻: 52 ページ: 2565～2577
  • DOI: 10.1093/nar/gkad1260
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Homologous recombination contributes to the repair of acetaldehyde-induced DNA damage (2024)
  • 著者名/発表者名: Yamazaki Kosuke、Iguchi Tomohiro、Kanoh Yutaka、Takayasu Kazuto、Ngo Trinh Thi To、Onuki Ayaka、Kawaji Hideya、Oshima Shunji、Kanda Tomomasa、Masai Hisao、Sasanuma Hiroyuki
  • 雑誌名: Cell Cycle 巻: 3 ページ: 1～16
  • DOI: 10.1080/15384101.2024.2335028
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Histone Modification Analysis of Low-Mappability Regions (2023)
  • 著者名/発表者名: Yoshizawa-Sugata Naoko、Masai Hisao
  • 雑誌名: Methods Mol Biol 巻: 19 ページ: 163～185
  • DOI: 10.1007/978-1-0716-2433-3_18
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Water-Soluble Gd(III)-Porphyrin Complexes Capable of Both Photosensitization and Relaxation Enhancement (2023)
  • 著者名/発表者名: Nemeth Tamas、Yoshizawa-Sugata Naoko、Pallier Agnes、Tajima Youichi、Ma Yue、Toth Eva、Masai Hisao、Yamakoshi Yoko
  • 雑誌名: Chemical Biomedical Imaging 巻: 1 ページ: 157～167
  • DOI: 10.1021/cbmi.3c00007
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Cdc7 kinase is required for postnatal brain development (2023)
  • 著者名/発表者名: Hori Karin、Yamazaki Satoshi、Ohtaka‐Maruyama Chiaki、Ono Tomio、Iguchi Tomohiro、Masai Hisao
  • 雑誌名: Genes to Cells 巻: 28 ページ: 679～693
  • DOI: 10.1111/gtc.13059
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Cell fusion upregulates PD-L1 expression for evasion from immunosurveillance (2023)
  • 著者名/発表者名: Tajima Youichi、Shibasaki Futoshi、Masai Hisao
  • 雑誌名: Cancer Gene Therapy 巻: 31 ページ: 158～173
  • DOI: 10.1038/s41417-023-00693-0
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Catalytic domain-dependent and -independent transcriptional activities of the tumour suppressor histone H3K27 demethylase UTX/KDM6A in specific cancer types (2023)
  • 著者名/発表者名: Sun Wendi、Lee Kian Leong、Poellinger Lorenz、Masai Hisao、Kato Hiroyuki
  • 雑誌名: Epigenetics 巻: 18 ページ: 2222245
  • DOI: 10.1080/15592294.2023.2222245
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Regulation of replication timing and nuclear localization of chromatin by Fission yeast Rif1 protein (2023)
  • 著者名/発表者名: Hisao Masai, Yutaka Kanoh, Daisuke Kohda, Tomoko Sagi
  • 学会等名: 11th International Fission Yeast Meeting POMBE 2023
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] From DNA replication to G-quadruplex: my long journey on science with my mentor, Ken-ichi Arai (2023)
  • 著者名/発表者名: Hisao Masai
  • 学会等名: Cold Spring Harbor Asia meeting on The Now and Future of RNA Therapeutics
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Association of Rif1 with nuclear membrane is essential for genome-wide replication timing regulation (2023)
  • 著者名/発表者名: Tomohiro Iguchi, Sayuri Ito, Naoko Kakusho, Rino Fukatsu, Kenji Moriyama, Asako Sawano, Asami Oji, Mikihiro Shibata, Atsushi Miyawaki, Ichiro Hiratani, Hiroyuki Sasanuma and Hisao Masai
  • 学会等名: CSHL Meeting 2023 on Eukaryotic DNA Replication & Genome Maintenance
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] G4 binding and oligomerization activities of fission yeast Rif1protein are required for long-range regulation of origin firing. (2023)
  • 著者名/発表者名: H. Masai, Y. Kanoh, D. Kohda, T. Sagi
  • 学会等名: Cold Spring Harbor Asia Conference on YEAST AND LIFE SCIENCES
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Transcription can drive DNA replication (2023)
  • 著者名/発表者名: Hisao Masai
  • 学会等名: 70 Years of DNA Double Helix: Celebration of Breakthroughs in Life Science
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Regulation of replication timing and DNA repair by nuclear membrane tethering of Rif1 (2023)
  • 著者名/発表者名: Hisao Masai, Tomohiro Iguchi, Sayuri Ito, Mikihiro Shibata, Naoko Kakusho, Rino Fukatsu, Asami Oji, Ichiro Hiratani, Hiroyuki Sasanuma
  • 学会等名: The 14th International Symposium on DNA Damage Response & Human Disease
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Biological functions of G-quadruplexes in regulation of DNA replication (2023)
  • 著者名/発表者名: Hisao Masai
  • 学会等名: 50th International Symposium on Nucleic Acid Chemistry,
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Analysis of Rif1 C-terminal function for chromatin higher order structure. (2023)
  • 著者名/発表者名: Yutaka Kanoh, Kaho Takasawa, Seiji Matsumoto, Hisao Masai
  • 学会等名: The 11th International Fission Yeast Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Neural stem cell- or Hematopoietic stem cell-specific knockout of Cdc7 or ASK(Dbf4) causes common and distinct phenotypes (2023)
  • 著者名/発表者名: Tomohiro Iguchi, Karin Hori, Satoshi Yamazaki, Rie Ishii, Hiroyuki Sasanuma, Hisao Masai.
  • 学会等名: Cold Spring Harbor Laboratory Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Oligomerization of Rif1 is essential for its ability to suppresses replication over a long distance S. Pombe. (2023)
  • 著者名/発表者名: Yutaka Kanoh, Kaho Takasawa, Seiji Matsumoto, Hisao Masai
  • 学会等名: Cold Spring Harbor Asia Conference, YEAST AND LIFE SCIENCES
  • 国際学会
• [学会発表] 染色体DNA複製開始複合体と開始制御メカニズムの新たな展望 (2023)
  • 著者名/発表者名: Hisao Masai, Taku Tanaka, Tomohiro Iguchi, Sayuri Ito, Naoko Kakusho, Rino Fukatsu, Yutaka Kanoh, Tomoko Sagi, and Hiroyuki Sasanuma
  • 学会等名: 第96回日本生化学会大会
  • 招待講演
• [学会発表] 染色体動態・維持・機能を決定する多様な因子 (2023)
  • 著者名/発表者名: 井口 智弘、伊藤 さゆり、覺正 直子、深津 理乃、森山 賢治、坂上-沢野 朝子、大字 亜沙美、柴田 幹大、宮脇 敦史、平谷 伊智朗、笹沼 博之、正井 久雄
  • 学会等名: 第46回 日本分子生物学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] 転写に依存するmulti-replicon 様式の大腸菌染色体複製とG4形成の役割 (2023)
  • 著者名/発表者名: 田中 卓、鷺 朋子、深津 理乃、覺正 直子、正井 久雄
  • 学会等名: 第46回 日本分子生物学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] Rifの欠失は特異なエンハンサー構造を形成し、初期胚での胚ゲノム活性化と連動する (2023)
  • 著者名/発表者名: 吉沢 直子、正井 久雄
  • 学会等名: 第46回 日本分子生物学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] Oligomerization of Rif1 is essential for its ability to suppresses replication over a long distance S. Pombe. (2023)
  • 著者名/発表者名: Yutaka Kanoh, Kaho Takasawa, Seiji Matsumoto, Hisao Masai
  • 学会等名: 第46回 日本分子生物学会年会
• [学会発表] Investigation of the contribution of type 2 Topoisomerase-dependent DNA breaks to cancer development (2023)
  • 著者名/発表者名: Trinh Ngo, Hisao Masai, Hiroyuki Sasanuma
  • 学会等名: 第46回 日本分子生物学会年会
• [学会発表] Functions associated with the long IDP segment of Rif1, a regulator of replication timing, DSB repair and chromatin architecture (2023)
  • 著者名/発表者名: Bingyi Li, Kosuke Yamazaki, Tomohiro Iguchi, Hiroyuki Sasanuma, Hisao Masai
  • 学会等名: 第46回 日本分子生物学会年会
• [学会発表] Cell fusion upregulates PD-L1 expression and promotes tumor formation. (2023)
  • 著者名/発表者名: Youichi Tajima, Hisao Masai
  • 学会等名: 第46回 日本分子生物学会年会
• [学会発表] Rif1の細胞周期依存的なマルチオミクス解析 (2023)
  • 著者名/発表者名: 山﨑航輔,冨田拓哉,佐伯泰,正井久雄,笹沼博之
  • 学会等名: 第46回 日本分子生物学会年会
• [学会発表] マウスのCD4+T細胞における転写制御と分化におけるClaspinの役割 (2023)
  • 著者名/発表者名: 蕭 皓文、井口 弘 、笹沼 博之、正井 久雄
  • 学会等名: 第46回 日本分子生物学会年会
• [学会発表] ClaspinのN末端リン酸化による複製ストレス活性化、分子内相互作用、DNA結合の制御 (2023)
  • 著者名/発表者名: Zhiying You, Chi-Chun Yang, Hisao Masai
  • 学会等名: 第46回 日本分子生物学会年会
• [学会発表] グアニン四重鎖特異的なタンパク質リクルート法の開発 (2023)
  • 著者名/発表者名: 指田万奈帆、長澤和夫、寺正行、笹沼博之、正井久雄
  • 学会等名: 第46回 日本分子生物学会年会
• [学会発表] グアニン四重鎖-タンパク質間を連結するリガンドの合成 (2023)
  • 著者名/発表者名: 指田 万奈帆、笹沼 博之、正井 久雄、長澤 和夫、寺 正行
  • 学会等名: 日本ケミカルバイオロジー学会 第17回年会
• [備考] ゲノム動態プロジェクト
  • URL: https://www.igakuken.or.jp/genome/