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筑波大学大学院 人間総合科学研究科 医学医療系

クロマチン制御Chromatin reguation

はじめに

真核生物のDNAは塩基性タンパク質であるヒストンと複合体を形成してクロマチン構造をとり、転写、複製などの核内反応の鋳型となっています。現在までに核内反応の研究は裸のDNAを用いて行われており、これらの反応は主にDNA上のシスエレメントとトランス作動因子で制御されていることがわかってきました。しかし、すべての真核生物の核内反応をシスエレメントおよびトランス作動因子だけで説明するのは難しく、ヌクレオソームの構造変換から核内高次構造のダイナミックな変化にいたる様々なレベルで調節されていることがわかってきました。しかし、これらの調節機構についての詳細は明らかにされていません。そこで当研究室では、クロマチンの構造変換および核マトリックスなどの核内構造を含めたレベルにおける核内反応の制御機構の解明を目的として研究を進めています
 

ウイルスゲノムを用いたクロマチン制御因子の同定と解析

クロマチン構造をとったDNAは転写や複製などの鋳型として抑制されており、鋳型の活性化にはクロマチン構造を変換するクロマチンリモデリング因子が必要であると考えられています。そこで、当研究室ではクロマチンリモデリング因子の同定のために、真核細胞クロマチンのモデルとしてアデノウイルスゲノムを鋳型として用いた試験管内複製系を構築しました。裸のアデノウイルスDNAを鋳型に用いた場合は、いくつかの宿主およびウイルス性因子により複製反応を再構築することができます。しかし、アデノウイルスは感染細胞内でDNAとウイルス由来の塩基性コアタンパク質の複合体であるクロマチン様構造(アデノコア)をとり、これを鋳型にしたときには裸のアデノウイルスDNAの複製反応に必要な因子のみでは試験管内複製反応は進行しません。そこでアデノコアを鋳型とした複製反応を促進する活性を指標に、宿主因子であるTAF(Template Activating Factor)-T,U,Vを同定しました。<図1、A>これらの因子はその後の研究でそれぞれSET, NAP-1, B23と呼ばれるタンパク質であること、またいずれもクロマチンリモデリング活性に重要な酸性アミノ酸に富んだ領域を持つことがわかりました。酸性アミノ酸領域を介してヒストンに結合し、クロマチンの構造変換を促進する活性を持つことから、当研究室ではこれらの因子を酸性分子シャペロン群と呼んでいます。これまでに試験管内におけるTAFのクロマチンリモデリング活性が確認され、現在それぞれの酸性分子シャペロンの細胞内機能について詳細な解析を進めています。
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クロマチンから細胞核へ

クロマチン構造をとった真核細胞ゲノムは、転写、複製の足場である核マトリックスに結合し、50〜100kbpのループ構造をとった機能ドメインに分断されています。<図1、B> 核内反応は、核マトリックスを基盤とした機能ドメインを単位として調節されていると考えられます。核マトリックスは真核細胞核から生化学的に単離された不溶性の画分のひとつであり、核の基盤となる構造についての情報を含む優れた実験材料であるといえます。この核マトリックス画分に含まれるタンパク質(複合体)と、核マトリックスの結合の変化を調べるという方法で、核内の高次構造について研究を行っています。さらに核内構造は能動的な遺伝子発現の促進、抑制に関わるだけでなく、特異的な遺伝子発現のパターン形成と維持にも関わっていると考えられ、哺乳類培養細胞を用いて、その機構に関わるシスエレメントおよびトランス作動因子の探索を行っています。

核内反応の分子機構の解析はモデルを用いた再構成系によりDNAからクロマチンへ、さらには核マトリックスを含んだレベルへとより高次な構造へと進んでいきます。これよりさらに高次な機能解析のためには核内高次構造を含む細胞核単位での研究が必要と考えられます。当研究室では、試験管内において機能的な細胞核の再構成と解体により高次な細胞核機能が明らかになると考えています。このような実験系を用いて生物の発生や分化を再現することができるようになると考えています。

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感染生物学分子ウイルス学研究室

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