ＵＨＲＦ１タンパク質の天然変性領域の機能－構造解析

2012 年度 実績報告書

• 研究領域: 天然変性タンパク質の分子認識機構と機能発現
• 研究課題/領域番号: 24113711
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 有田 恭平 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (40549648)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2014-03-31
• キーワード: 天然変性タンパク質 / UHRF1 / エピジェネティクス

研究実績の概要

DNAのメチル化やヒストンの翻訳後修飾はエピジェネティクスの主要な因子であり、真核生物の発生、細胞分化、遺伝子発現の制御に極めて重要な働きをしている。UHRF1はヒストン修飾の認識とDNAメチル化の維持に関与しており、エピジェネティクスな機構を介した生命現象を制御している。申請者はこれまでにUHRF1タンパク質のヒストン認識に関与するtandem Tudor domain (TTD) とPHD domainの間の天然変性領域にあるSer 298のリン酸化が、ヒストンH3K9me3 (トリメチル化リジン9) との結合を抑制することを明らかにした。さらに体細胞のDNAメチル化維持において、SRA domainのC末端側の天然変性領域が維持型DNAメチル化酵素Dnmt1との結合を強固にすることを明らかにした。UHRF1の天然変性領域である各ドメイン間のlinkerはUHRF1のエピジェネティクスな機能に重要な働きをしており、天然変性領域の構造と機能の相関を明らかにできる可能性があるので当研究領域において大変興味深いタンパク質である。本申請では①DNAメチル化の維持機構に関与するUHRF1とDnmt1に注目し、これら2つの因子がどのように相互作用し、DNAメチル化パターンの継承を行うかを明らかにする。さらに②UHRF1によるヒストン認識とDNAメチル化の維持機構のカップリング機構の解明を目指している。
本年度はUHRF1の天然変性領域とDnmt1の相互作用解析を等温滴定型カロリーメトリーやNMRを用いてアミノ酸残基レベルで行った。得られた構造情報をもとに、相互作用領域の精密化を行い、原子レベルの分解能での相互作用解析を行うために、結晶の調製を行っている。また②に関しては、ドメイン間の高次構造形成能を生化学的、物理化学的な手法を用いて評価した。

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

本研究においてUHRF1タンパク質の天然変性領域の構造と機能の解明を目指して研究を行っている。現在のところ生化学実験と、構造生物学的な研究により予備的なデータが多数蓄積している。今後、これらのデータを用いてUHRF1の天然変性領域に関するさらなる新しい知見を創出できると考える。また今年度は、UHRF1のヒストン認識に関与する論文を1報発表した。また、エピジェネティクス関連因子であるメチル化DNA結合タンパク質MBD4の構造生物学的な研究に関しても論文を発表した。MBD4も天然変性領域をもつマルチドメインタンパク質である。MBD4の天然変性領域がどのようにマルチドメインタンパク質の機能と構造を制御しているのかを明らかにしていくことにより、今後の当該分野の発展に貢献できると考えている。

今後の研究の推進方策

UHRF1は5つのドメイン構造から成るマルチドメインタンパク質である。その間のlinkerは天然変性領域である。UHRF1はエピジェネティクスな情報を統合する因子であると考えられる。従って、5つの複数のドメイン構造と天然変性領域がどのように協調的に働いているかを今後明らかにしていく必要がある。従って、NMRやX線小角散乱を用いて動的なかつ一過的な相互作用を含むマルチドメインタンパク質の構造解析を行っていく必要がある。今後は上記の研究手法を取り入れることにより、UHRF1の天然変性領域の機能と構造の相関の解明を行っていく。

研究成果

• [雑誌論文] Quantitative comparison of protein dynamics in live cells and in vitro by in-cell (19)F-NMR. (2013)
  • 著者名/発表者名: Takaoka Y, Kioi Y, Morito A, Otani J, Arita K, Ashihara E, Ariyoshi M, Tochio H, Shirakawa M, Hamachi I.
  • 雑誌名: Chem Commun (Camb) 巻: 49 ページ: 2801-2803
  • DOI: 10.1039/c3cc39205h.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural basis of the versatile DNA recognition ability of the methyl CpG binding domain of methyl-CpG binding domain protein 4. (2013)
  • 著者名/発表者名: Otani J, Arita K, Kato T, Kinoshita M, Kimura H, Suetake I, Tajima S, Ariyoshi M, Shirakawa M.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 巻: 288 ページ: 6351-6362
  • DOI: 10.1074/jbc.M112.431098
  • 査読あり
• [雑誌論文] Lysyl 5-Hydroxylation, a Novel Histone Modification, by Jumonji Domain Containing 6 (JMJD6). (2013)
  • 著者名/発表者名: Unoki M, Masuda A, Dohmae N, Arita K, Yoshimatsu M, Iwai Y, Fukui Y, Ueda K, Hamamoto R, Shirakawa M, Sasaki H, Nakamura Y.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 巻: 288 ページ: 6053-6062
  • DOI: 10.1074/jbc.M112.433284
  • 査読あり
• [雑誌論文] Recognition of modification status on a histone H3 tail by linked histone reader modules of the epigenetic regulator UHRF1. (2012)
  • 著者名/発表者名: Arita K, Isogai S, Oda T, Unoki M, Sugita K, Sekiyama N, Kuwata K, Hamamoto R, Tochio H, Sato M, Ariyoshi M, Shirakawa M.
  • 雑誌名: Proc Natl Acad Sci U S A 巻: 109 ページ: 12950-12955
  • DOI: 10.1073/pnas.1203701109
  • 査読あり
• [学会発表] Molecular Mechanism of Methylated DNA Recognition by SRA Domain of UHRF2 (2012)
  • 著者名/発表者名: Terumitsu Murakami, Kyohei Arita , Mariko Ariyoshi , Hidehito Tochio , Masahiro Shirakawa
  • 学会等名: 第35回分子生物学会
  • 発表場所: パシフィコ横浜
  • 年月日: 2012-12-11 – 2012-12-14
• [備考] 京都大学 工学研究科 生体分子機能化学講座
  • URL: http://www.moleng.kyoto-u.ac.jp/~moleng_01/
• [備考] 横浜市立大学 生命医科学研究科 構造生物学研究室
  • URL: http://www-mls.tsurumi.yokohama-cu.ac.jp/xtal-mls/index.html