2020 Fiscal Year Research-status Report

Structural basis for nucleosome reconstitution mechanism by FACT

Research Project

Project/Area Number	18K06064
Research Institution	Yokohama City University
Principal Investigator	津中康央横浜市立大学, 生命医科学研究科, 特任助教 (40551552)
Project Period (FY)	2018-04-01 – 2022-03-31
Keywords	FACT / クロマチンリモデリング / 構造生物学 / ヌクレオソーム
Outline of Annual Research Achievements	今年度は生化学的解析で明らかとなったヌクレオソームとFACTの安定な複合体のいくつかについて、X線結晶構造解析、電子顕微鏡観察を試行した。しかしながら、いずれの複合体も高分解能の構造決定には至っていない。当初の研究計画にはなかったが、昨年度に電子顕微鏡解析で立体構造を決定したFACTのリン酸化された酸性の天然変性領域 (pAID) とヌクレオソームの複合体の核磁気共鳴 (NMR) 解析を行った。その結果、複合体の電子顕微鏡構造では見えなかったヒストンテイルの動的構造が明らかとなった。具体的には、pAIDが結合している側のヒストンH3テイルは動的に揺動しながら、より溶液中に露出しており、ヒストン修飾酵素などの影響を受けやすいのに対して、ヌクレオソームのH3テイルはヌクレオソームの二本のDNAに囲まれた構造スペースにその相互作用により拘束されていて、ヒストン修飾酵素のアクセスを強く阻害することがわかった。つまり、FACTはDNAの代わりにヒストンのコア構造と結合することでヌクレオソーム構造を維持しながら、ヒストンH3テイルをDNAの束縛から解放することが明らかとなった。この結果は、クロマチン構造変化を理解する上でこれまで想像もつかなかった新たな観点を与え、エピジェネティクス制御を研究する研究者に大きなインパクトを与えた。この結果を取りまとめ、研究成果として学会にて発表を行った。さらに、本研究成果は科学雑誌に掲載された。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 1: Research has progressed more than it was originally planned. Reason 当初の計画にはなかったNMRを用いた解析で研究成果を出すことができた。
Strategy for Future Research Activity	来年度も同様にヌクレオソームとFACTの安定な複合体のいくつかについて、X線結晶構造解析、電子顕微鏡観察、さらにはNMR解析を試行する予定。一つの立体構造は一連の反応のある場面を捉えたスナップショットに相当するので、別の機能ドメインによって誘起された別の立体構造と詳しく比較することにより、はじめて時系列に沿ったヌクレオソームの構造変化を明らかにすることが可能である。これら二つ以上の立体構造を絡めて、時系列に沿った分子機構を立体構造の観点から整理し、FACTによるヌクレオソーム再構築の分子機構の全容を明らかにしたい。
Causes of Carryover	新型コロナウィルス感染症拡大のため、実験計画の変更を余儀なくされたため。さらに、参加予定だった学会年会が中止やオンライン開催となり、成果報告、情報収集、研究打ち合わせのための出張旅費申請が来年度に持ち越しとなったため。