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骨格筋の分化に働く新たな染色体基盤構造体を解明

<ポイント>

  • マウス(Mus musculus)の新規ヒストンH3mm18を含むヌクレオソーム構造をクライオ電子顕微鏡解析により世界で初めて解明しました。
  • H3mm18が不安定で弛緩(しかん)したヌクレオソームを形成すること、そしてH3mm18の発現が筋分化に重要な遺伝子の発現を制御することを明らかにしました。
  • 筋肉の発達と再生のメカニズムを理解するための重要な情報を提供し、創薬や再生医療への応用が期待されます。

 東京大学 大学院理学系研究科 生物科学専攻の平井 誠也 大学院生、東京大学 定量生命科学研究所 クロマチン構造機能研究分野の胡桃坂 仁志 教授らのグループは、大阪市立大学 大学院工学研究科 化学生物系専攻の立花 太郎 教授、九州大学 生体防御医学研究所の富松 航佑 助教、大川 恭行 教授らのグループとの共同研究で、マウスのヒストンH3mm18による新規のDNA折り畳みの基盤構造を解明し、H3mm18が筋分化を制御することを世界で初めて明らかにしました。

 真核生物のゲノムDNAは、たんぱく質と結合し、折り畳まれて細胞核内に収納されています。このDNAの折り畳み構造は、細胞の分化に伴ってさまざまな形に変化し、遺伝子の発現を制御しています。DNA折り畳みの基本単位は、ヌクレオソームと呼ばれる構造体で、ヒストンと呼ばれるたんぱく質に、DNAが巻きついた円盤状の構造を形成しています。本研究では、はじめに、これまで機能が不明であった新規ヒストン亜種H3mm18を含むヌクレオソームを試験管内で再構成し、クライオ電子顕微鏡解析と生化学的解析を組み合わせることにより、ヌクレオソームの詳細な立体構造と性状を解明しました。その結果、H3mm18が通常のヌクレオソームに比べ、DNA末端の運動性が高く、不安定なヌクレオソームを形成するという性質を見いだしました。さらに、骨格筋細胞内の遺伝子発現を解析することで、H3mm18が筋分化に重要な遺伝子制御を担っていることを突き止めました。

 本研究で明らかになった構造情報は、筋肉の発達異常に対する薬剤を探索する上での基盤となり、創薬や再生医療への発展が期待されます。

 本研究成果は、「Nucleic Acids Research」(オンライン版:2021年12月21日)に掲載されます。

 本研究は、科学技術振興機構(JST)の戦略的創造研究推進事業(ERATO)「胡桃坂クロマチンアトラスプロジェクト」(研究総括:胡桃坂 仁志、JPMJER1901)、JST 戦略的創造研究推進事業(CREST)「細胞ポテンシャル測定システムの開発」(研究代表者:大川 恭行、JPMJCR16G1)、日本医療研究開発機構(AMED)の創薬等ライフサイエンス研究支援基盤事業(BINDS)「エピジェネティクス研究と創薬のための再構成クロマチンの生産と性状解析」(代表:胡桃坂 仁志、JP20am0101076)、および日本学術振興会(JSPS)の科学研究費助成事業 新学術領域研究(研究領域提案型)「ヌクレオソーム高次構造とダイナミクスの解析によるクロマチン潜在能の解明」(代表:胡桃坂 仁志、JP18H05534)、新学術領域研究(研究領域提案型)「細胞核・クロマチン構造のダイナミクスと遺伝子制御」(代表:大川 恭行、JP18H05527)の支援を受けて実施されました。また、クライオ電子顕微鏡解析は、AMED BINDS(代表:吉川 雅英、JP19am0101115)からの支援を受けて実施されました。

<プレスリリース資料>
本文 PDF(542KB)

<論文タイトル>
“Unusual nucleosome formation and transcriptome influence by the histone H3mm18 variant”
DOI:10.1093/nar/gkab1137

<お問い合わせ先>
<研究に関すること>
胡桃坂 仁志(クルミザカ ヒトシ)
東京大学 定量生命科学研究所 教授
〒113-0032 東京都文京区弥生1-1-1
Tel:03-5841-7826 Fax:03-5841-1468
E-mail:kurumizaka iqb.u-tokyo.ac.jp

<JST事業に関すること>
内田 信裕(ウチダ ノブヒロ)
科学技術振興機構 研究プロジェクト推進部
〒102-0076 東京都千代田区五番町7 K’s五番町
Tel:03-3512-3528 Fax:03-3222-2068
E-mail:eratowww jst.go.jp

保田 睦子(ヤスダ ムツコ)
科学技術振興機構 戦略研究推進部 ライフイノベーショングループ
〒102-0076 東京都千代田区五番町7 K’s五番町
Tel:03-3512-3524 Fax:03-3222-2066
E-mail:crest jst.go.jp

<AMED事業に関すること>
日本医療研究開発機構(AMED)創薬事業部 医薬品研究開発課 創薬等ライフサイエンス研究支援基盤事業(BINDS)
Tel:03-6870-2219 Fax:03-6870-2244
E-mail:20-ddlsg-16 amed.go.jp

<報道担当>
東京大学 定量生命科学研究所 総務チーム
Tel:03-5841-7813 Fax:03-5841-8465
E-mail:soumu iqb.u-tokyo.ac.jp

九州大学 広報室
Tel:092-802-2130 Fax:092-802-2139
E-mail:koho jimu.kyushu-u.ac.jp

大阪市立大学 広報課
Tel:06-6605-3411 Fax:06-6605-3572
E-mail:t-koho ado.osaka-cu.ac.jp

科学技術振興機構 広報課
〒102-8666 東京都千代田区四番町5番地3
Tel:03-5214-8404 Fax:03-5214-8432
E-mail:jstkoho jst.go.jp

<English>
“Unusual nucleosome formation and transcriptome influence by the histone H3mm18 variant”

Institution :  東京大学      九州大学      大阪市立大学      科学技術振興機構      日本医療研究開発機構