【研究領域課題番号】20H00449 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ゲノム / 遺伝子 / 癌 / 蛋白質 / 放射線

【研究成果の概要】

真核生物では、ゲノムDNAはクロマチンを形成することで細胞核内に収納されている。クロマチンは、DNAを損傷から保護する役割を担っていると考えられているが、一方で、DNA損傷修復に対して阻害的にも働く。細胞には、ゲノムDNA二重鎖切断損傷を正確に修復するための機構が備わっている。増殖時の細胞では、複製された染色体を鋳型にした相同組換え修復（HRR）によって二重鎖切断修復を行うことが可能となる。他方、非分裂細胞では、鋳型となるべき複製された染色体が存在しないため、転写と共役した二重鎖切断修復（TC-HR）が提案されている。本研究では、TC-HRで機能すると考えられるRAD52やRAD51を中心に、これらがCSBなどのクロマチンリモデリング因子と協同的に、クロマチン上でDNA損傷修復を行うしくみを解明することを目指す。本目的を達成するために、以下の計画１－３の研究を行なった。＜計画１＞ CSBが二重鎖切断損傷と遭遇したRNAポリメラーゼを認識するしくみの解明：損傷依存的にヌクレオソーム中で停止したRNAポリメラーゼとヌクレオソームとの複合体の調製に成功した。並行して、昨年度に精製系を確立したCSBのPichia属の酵母ホモログであるRAD26を用いて、RAD26とヌクレオソームとの複合体の形成を生化学的に検討した。＜計画２＞ クロマチン構造の基本単位であるヌクレオソームの構造を変換するしくみ： CSBによるクロマチンリモデリングの分子機構を明らかにするために、RAD26とヌクレオソームとの複合体のクライオ電子顕微鏡による解析を開始し、データの取得に成功した。＜計画３＞ RNAに依存したDNA修復反応におけるRAD52の役割：本年度は、全長のRAD52の立体構造解析をクライオ電子顕微鏡による単粒子解析によって行い、RAD52が多様な多量体を形成することを明らかにした。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2020-04-01 - 2023-03-31

【配分額】44,850千円 (直接経費: 34,500千円、間接経費: 10,350千円)

【研究領域課題番号】18H03932 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

光操作 / 細胞 / 遺伝子 / ゲノム / タンパク質 / Cre-loxP / トランスポゾン

【研究成果の概要】

本研究では，DNA組換え反応の光操作技術（PA-Cre）を染色体に組み込んだノックインマウスやPA-Cre をコードするアデノ随伴ウイルスベクター（AAV）を開発すると共に，当該技術のマウスの生体（in vivo）での検証を通じて新たな細胞解析技術を創出した．さらに，光照射でゲノム上での転移反応を示す光駆動型のタンパク質分子を世界で初めて開発し，細胞レベルでの検証を行なった．これらの技術は，従来技術では困難だった生体内での様々な細胞系譜の解明や遺伝子機能の解明に大いに貢献すると考えられる．

【研究の社会的意義】

本研究では，従来にない新しいコンセプトのゲノムの光操作技術を開発し，それをマウスのゲノムの上で実際で操って，新たな細胞解析技術を創出した．これらの技術は，従来技術では困難だった生体内での様々な細胞系譜の解明や遺伝子機能の解明に大いに貢献すると考えられる．本研究で開発された技術により，神経幹細胞やガン幹細胞を含めた様々な幹細胞からの細胞系譜を解明できるようになったり，様々な遺伝子の機能解明が可能になれば，基礎生命科学の諸分野や再生医療，ガン医療等に大きなインパクトを与えることができる．

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2018-04-01 - 2021-03-31

【配分額】44,200千円 (直接経費: 34,000千円、間接経費: 10,200千円)

【研究分野】ゲノム生物学

【研究領域課題番号】17H01408 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ゲノム維持修復 / ゲノム多様性 / ゲノム進化・再編 / 遺伝情報複製・再編 / ゲノム機能 / 活性発現の分子機構 / 染色体構築・機能・分配 / 生体高分子構造・機能 / ゲノム / 遺伝子 / 癌 / 蛋白質 / 放射線 / 構造活性相関

【研究成果の概要】

本研究の目的は、ゲノムDNAの維持と再編に必須である相同組換えの中心反応 “相同鎖検索”が、クロマチン構造上でどのようになされるのかを明らかにすることである。クロマチン再構成技術、in vitro組換え試験系、そしてX線およびクライオ電子顕微鏡による構造生物学的解析を融合することで、クロマチン上における相同鎖検索のメカニズムの解析を行なった。その結果、減数分裂期組換えで働く因子であるSYCP3の生化学的特性、クロマチンが高度に凝縮しているヘテロクロマチンの基盤構造、相同鎖検索で重要なRAD52とDNAとの複合体構造などを明らかにした。

【研究の社会的意義】

DNAの二重鎖切断損傷は、ゲノム情報に重篤なダメージを与える。それゆえ、その正確な修復は生物の生存に必須の機構であり、相同組換えはその中心的な役割を果たす。相同組換えは、原核生物から真核生物に至るまで生物界に保存されている重要な生命維持機構である。また減数分裂期において、雌雄由来のゲノムDNA情報を交換する遺伝的組換えにおいても機能し、生物の多様性を生む機構をも担っている。二重鎖切断損傷修復の破綻が、がんなどの重篤な疾病の原因になっていることも報告されており、そのメカニズムの理解は、学術的および社会的に大きな意義を持つ。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2017-04-01 - 2020-03-31

【配分額】41,860千円 (直接経費: 32,200千円、間接経費: 9,660千円)

【研究分野】細胞生物学

【研究領域課題番号】15K07041 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

Greatwall / Gwl / M期 / 染色体 / ゲノム / タンパク質 / 生理活性 / 生体分子 / 蛋白質

【研究成果の概要】

細胞分裂周期のM期は複数のM期キナーゼにより制御されている。その中のひとつであるGreatwall（Gwl）キナーゼは、生存に必須であり、M期の開始と進行を制御する。M期開始は、Arpp19/Ensaを標的としてリン酸化し、これがB55型PP2Aフォスファターゼ活性を抑制することで制御する。しかしM期進行の制御については、リン酸化の標的など制御機構は不明である。本研究では、代表者等がこれまでに見いだした15個の基質候補のうち、染色体と相互作用が示唆される一つに着目して解析を行い、これがGwlの新規基質であり、M期進行時に染色体分離を制御する可能性を示した。

【研究の社会的意義】

Gwlによる細胞周期のM期開始制御は解析が進んでいたが、GwlによるM期進行制御は不明であった。本研究の学術的意義は、M期進行を制御する基質候補を初めて見いだした点である。細胞内での役割の詳細はさらなる解析が必要であるが、染色体と相互作用する因子を直接リン酸化し、これが染色体分離制御に関わることが示唆された。Gwlのヒト相同遺伝子はMASTLと呼ばれ、この遺伝子がないと致死であり、点変異により血小板が減少する臨床的知見がある。また染色体分離異常は、染色体数の異常やがん化の原因となる。社会的意義として、こうした異常を引き起こすメカニズムの基礎的な知見が得られたと言える。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2015-04-01 - 2019-03-31

【配分額】5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)

【研究分野】生命・健康・医療情報学

【研究領域課題番号】15K16083 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

合成生物学 / 無細胞翻訳系 / リボソーム / tRNA / リポソーム / 構成的アプローチ / 試験管内再構成 / タンパク質 / ゲノム / 無細胞

【研究成果の概要】

本研究は、人工ゲノム構築に不可欠である関連遺伝子の追究から、それらの基盤技術の発展に貢献する研究である。本研究では、無細胞翻訳系中で複数種類のタンパク質が協働することで所望の機能が発揮される系の開発を行なった。特に、リボソーム関連遺伝子に着目したが、それ以外の遺伝子を用いた系の開発も行った。リコンビナントタンパク質を用いたリボソームの試験管内再構成系は、生合成因子を用いることで、よりリボソームの再構成効率が高い系を構築できた。また、リボソームの生合成過程における各因子の機能について新たな知見が示された。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2015-04-01 - 2018-03-31

【配分額】4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)

【研究分野】ゲノム生物学

【研究領域課題番号】25250023 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ゲノム維持修復 / ゲノム多様性 / ゲノム進化・再編 / 遺伝情報複製・再編 / ゲノム機能 / 活性発現の分子機構 / 染色体構築・機能・分配 / 生体高分子構造・機能 / 構造活性相関 / ゲノム / 遺伝子 / 癌 / 蛋白質 / 放射線

【研究成果の概要】

本研究の目的は、クロマチン構造によって凝縮されている染色体ゲノムDNA上で、相同組換えがどのように行われているか、その分子機構を解明することである。本研究では、in vitro相同組換え反応系とクロマチン再構成系とを独自に融合させることで、高次クロマチン上における相同組換え反応機構を明らかにした。また、ヒストンバリアントによって形成される多様なクロマチン構造が、相同組換え反応を制御することを見出した。さらに、相同組換えの中心酵素であるRAD51とDMC1の機能差異について重要な知見を得た。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2013-04-01 - 2017-03-31

【配分額】45,890千円 (直接経費: 35,300千円、間接経費: 10,590千円)

【研究分野】生体関連化学

【研究領域課題番号】23350081 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

核酸 / 酵素 / タンパク質 / ＲＮＡ / RNA / RNA修飾 / RNAメチル化 / tRNA / メチル化酵素 / RNA分解制御 / ゲノム / 構造解析

【研究成果の概要】

本研究は、「RNA成熟システムの全体像を物理・化学的手法で包括的に理解する」ことを目標とした。申請は、３年間の短期申請で、生命の３つのドメイン（真正細菌、古細菌、真核生物）で起源生物に近い単細胞生物のRNA成熟システムを中心に調べた。RNA成熟に関わるtRNA修飾酵素、tRNAスプライシングエンドヌクレアーゼなどについて、X線結晶構造解析、生化学的解析を併用して、その性質を明らかにした。また、遺伝子破壊株解析からRNA修飾ヌクレオシドと修飾酵素のネットワークの環境応答を明らかにした。さらに、古細菌tRNAの新規修飾をいくつか発見した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2011-04-01 - 2014-03-31

【配分額】19,370千円 (直接経費: 14,900千円、間接経費: 4,470千円)