【研究領域課題番号】20H00461 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

RNAポリメラーゼ / クライオ電子顕微鏡 / 転写因子 / ヌクレオソーム / リボソーム

【研究成果の概要】

DNAの遺伝情報をRNAに転写する巨大なタンパク質複合体であるRNAポリメラーゼは、細胞内の様々な分子と相互作用し、多くの生命機能を支えるハブとして機能している。しかしながら、これらの諸機能と転写との接点で形成される分子の実体やその構造、機能や制御のメカニズムはほとんど分かっていない。RNAポリメラーゼを中心に形成される超複合体の構造解析を行うことを目指し、以下の研究に着手した。
RNAポリメラーゼII (RNAP II)による転写は、クロマチン構造をとったDNA上で行われる。我々はすでに、クロマチンの基本単位であるヌクレオソームとRNAP IIとの複合体の構造解析に成功しており、RNAP IIがヒストンからDNAを段階的に引き剥がしつつヌクレオソームDNAを転写するメカニズムを明らかにしている。転写に伴うエピジェネティクス関連因子の作用メカニズムを解明するために、ヌクレオソームDNAの転写系にこれらの因子を加えて得られた複合体の構造解析に着手した。
転写を開始したRNAP IIは、一般に転写開始点の近傍で一時停止する。高等真核生物では、転写の一時停止は転写制御に重要と考えられている。高等真核生物に固有の転写制御の構造基盤を解明するために、一時停止複合体の構造解析をを行う準備を進めた。
細菌では、リボソームによるmRNAの翻訳が完了すると、リボソームと入れ替わりに転写終結因子RhoがRNAPに結合して転写を終結させる。Rhoによる転写終結および翻訳との連携の構造基盤を明らかにするために、複合体の構造解析を進めた。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2020-04-01 - 2021-03-31

【配分額】44,720千円 (直接経費: 34,400千円、間接経費: 10,320千円)

【研究領域課題番号】19K21177 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

クロマチン / DEK / 癌 / ヌクレオソーム / エピジェネティクス / クライオ電子顕微鏡 / X線結晶構造解析

【研究成果の概要】

遺伝情報の担体であるゲノムDNAは、クロマチン構造をとって細胞核内に収納されている。クロマチン構成因子であり、がん遺伝子であるDEKは、クロマチン構造に作用することで、転写、スプライシング、DNA修復などの多様な核内プロセスに関与し、クロマチンの恒常性を担保すると考えられている。そこで本研究では、DEKが形成するクロマチン構造を解明することを目的とし、DEK-クロマチン複合体を試験管内において再構成し、構造生物学的、生化学的解析を行った。研究の結果、DEK-クロマチン複合体の立体構造を決定し、DEKによる特徴的なクロマチン構造制御機構が明らかになった。

【研究の社会的意義】

クロマチンは、多様な構造変化を介して転写や、複製、DNA修復などの広範な核内プロセスを制御することで、発生、老化、癌化などの複雑な生命現象を実現する。しかしながら、クロマチンがどのように構造変換されるのかについては未だ不明な点が多い。本研究では、クロマチンに結合するがん遺伝子DEKによるクロマチン制御機構の一端を解明した。本知見は、核内におけるクロマチン制御機構の知識を深化するものであり、多様な核内プロセスが調節されるメカニズムを考える一助となる。また、癌におけるDEKの作用機序と、癌に対する創薬への知見を提供する。

【研究種目】研究活動スタート支援

【研究期間】2019-04-01 - 2020-03-31

【配分額】2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)

【研究領域課題番号】19K06609 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ヘテロクロマチン / ヌクレオソーム / クライオ電子顕微鏡 / エピジェネティクス

【研究成果の概要】

真核生物のゲノムDNAは、ヌクレオソームを基本単位としてクロマチンを形成し、構造的・機能的に異なる区画を形成して遺伝子発現やゲノムの安定性を制御している。本研究では、構成的ヘテロクロマチンのエピジェネティックマークの書き込み因子であるSUV39Hと、読み取り因子であるヘテロクロマチンタンパク質HP1、およびヌクレオソームとで形成される複合体の立体構造を解析することにより、ヘテロクロマチン形成の機構を明らかにすることを目的とした。本研究では、HP1-クロマチン複合体の電子線トモグラフィー像を得ることに成功した。また、クライオ電子顕微鏡解析の高度化の過程で、新規ヌクレオソーム構造を明らかにした。

【研究の社会的意義】

構成的ヘテロクロマチンは、その領域からの転写やDNA組換えを抑制することによりゲノムの安定性に寄与すると考えられている領域であり、その破綻は癌などの疾患に繋がる。本研究で行ったHP1-クロマチン複合体の構造解析は、ヘテロクロマチン領域の形成と維持の機構解明のための基盤情報となるものである。また、クライオ電子顕微鏡解析技術の高度化の過程で得られた新規構造のうち、ヒト病原性寄生虫であるジアルジアのヌクレオソーム構造は、創薬の基盤情報を提供するものである。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2019-04-01 - 2022-03-31

【配分額】4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)

【研究領域課題番号】19K06522 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

クロマチン / ヌクレオソーム / クライオ電子顕微鏡 / 構造生物学

【研究成果の概要】

真核生物のゲノムDNAは、ヌクレオソームを最小単位としたクロマチン構造をとることにより細胞核内に収納されている。クライオ電顕解析は、近年様々な技術革新が行われてきたが、急速凍結試料グリッド作製には、複合体の安定化や凍結条件の最適化など試料ごとに多くの課題が残されている。本研究課題では、クライオ電顕を用いたクロマチン構造解析における急速凍結試料作製の効率化、高品質化のため、クロマチン基盤膜グリッドの作製を目的としている。研究実績として、グリッド上の基盤となるグラフェンシートをグリッドに貼り、ヌクレオソームを吸着させることでグリッド上で濃縮および安定化させることに成功した。

【研究の社会的意義】

本研究課題は、クロマチン基盤膜グリッドを作製することにより、クライオ電子顕微鏡によるクロマチン構造解析の効率化および高品質化を図ることを目的としている。本研究を行った結果、グラフェンシートを貼ったグリッド上で、ヌクレオソームを化学固定することなく粒子の崩壊を防ぎ、クライオ電顕で観察することが可能となった。本研究により、クロマチン基盤膜グリッドの基礎ができたことにより、ヌクレオソームおよび高次クロマチンの構造解析だけでなく、エピゲノム情報を導入したクロマチンやクロマチン結合因子複合体などの構造解析の促進が期待できる。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2019-04-01 - 2022-03-31

【配分額】4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)