公募研究
新学術領域研究(研究領域提案型)
本研究の目的は、紫外線損傷DNAのヌクレオソーム収納機構および認識機構を明らかにすることである。遺伝情報を担うゲノムDNAは、紫外線によってシクロブタン型ピリミジン二量体(CPD) や6-4 光産物などの塩基架橋損傷を受けることが知られている。これらの架橋損傷は、ヌクレオチド除去修復経路によって修復される。真核生物において、ゲノムDNAはヌクレオソームを基本単位としたクロマチンを形成し、細胞核内に収納されている。しかし、紫外線によって損傷を受けた塩基がどのようにしてクロマチンに収納され、ヌクレオチド除去修復関連因子によって認識・修復されるかは未だ不明であった。そこで本研究では、特定の位置に損傷塩基を挿入したDNAを用いて、損傷塩基を含むヌクレオソームの試験管内再構成を行い、生化学的解析および構造生物学的解析によって上述の問題の解明を目指している。これまでに、6-4光産物をヒストン側（内側）もしくは溶媒側（外側）に配置したヌクレオソームのX線結晶構造解析を行い、その立体構造を明らかにした。その結果、ヌクレオソーム中の損傷塩基の揺らぎが導入される位置によって異なることを見出した。次に、紫外線損傷塩基認識タンパク質UV-DDBによるヌクレオソーム中の損傷塩基の認識機構を明らかにするために、生化学的解析を行った。先行研究よりUV-DDBは損傷塩基を含むDNAへの結合活性を有することが報告されているため、DNAを検出する方法ではヌクレオソームとの特異的な複合体のみを検出することが困難であった。そこで、ヌクレオソームとUV-DDBとの特異的な複合体を検出するために、ヒストンを蛍光標識する系を新たに確立した。蛍光標識したヒストンを含むヌクレオソームを再構成し、UV-DDBとの結合を生化学的に解析した結果、UV-DDBは損傷塩基の位置に関わらずヌクレオソームに結合することが明らかになった。
1: 当初の計画以上に進展している
本研究において、特定の位置に6-4光産物を配置したヌクレオソームを試験管内で再構成し、X線結晶構造解析法によりその立体構造の解明に成功した。これにより、これまで未解明であった紫外線損傷DNAのクロマチン収容機構の解明に重要な知見が得られた。並行して、ヌクレオソーム中の損傷塩基の認識機構を明らかにするために、損傷認識タンパク質UV-DDBとの結合を生化学的手法によって解析した。そこで、ヌクレオソームとの特異的な複合体のみを検出するために、ヒストンを蛍光標識する系を新たに確立した。これにより、本研究の結合能解析にとどまらず、蛍光ヒストンを含むヌクレオソームを用いた分光学的な解析に発展させることが可能となった。以上より、これらの成果は当初の計画を大きく上回り、本研究の進展が得られたと考えられる。
本年度の研究により、特定の位置に6-4光産物を含むヌクレオソームの立体構造を明らかにすることに成功した。今後は、他の塩基架橋損傷であるシクロブタン型ピリミジン二量体（CPD）を同様に配位したDNAを含むヌクレオソームのX線結晶構造解析を行い、各損傷塩基のヌクレオソームへの収納機構の差異について詳細に解析を行う。また、損傷塩基の構造を模したDNAを調製し、損傷認識タンパク質によるヌクレオソーム中の損傷塩基の認識機構を本年度確立した手法を用いて明らかにする。
すべて 2014 2013 その他
すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件) 学会発表 (7件) (うち招待講演 1件) 図書 (1件) 備考 (1件)
Nucleic Acids Research
巻: 43 ページ: 1644-1655
10.1093/nar/gkt1124
Scientific Reports
巻: 3 ページ: 3510
10.1038/srep03510
Acta crystallographica section D, biological crystallography
巻: 69 ページ: 2431-2439
10.1107/S090744491302252X
FEBS Open Bio.
巻: 3 ページ: 363-369
10.1016/j.fob.2013.08.007
http://www.eb.waseda.ac.jp/kurumizaka/
