研究分野の概略

本研究分野は“真核生物のクロマチンを試験管内で組み立てて(再構成し)、クロマチンの立体構造や性質を理解する”というアプローチで、クロマチンによる生命現象の制御という神秘のメカニズムを解明しようとしています。

研究内容の紹介

真核生物のクロマチンを試験管内で組み立て、クロマチンが制御する生命現象を解き明かします。

私たちの体の中では、遺伝情報はゲノムDNAとして保持されています。1つのヒト細胞には、およそ2メートルものゲノムDNAが収納されています。そのためにゲノムDNAは、4種のヒストンタンパク質の周りに巻き付き、ヌクレオソームという構造を形成することで、コンパクトに折りたたまれています。このヌクレオソームが数珠状に連なり、さらにさまざまなタンパク質やRNAが結合して、クロマチンが構築されています。
細胞内のクロマチンは、さまざまな因子からなる巨大かつ不均一な複合体ですので、細胞からクロマチンを直接集めて構造や性質を調べることはできません。そこで、私たちの研究室では、クロマチンが生命現象を制御するメカニズムを解明するために、“再構成クロマチンを用いて試験管内で生命反応を再現させる”というアプローチを行なっています。高純度に精製したDNAとタンパク質を用いることにより、均一なクロマチンを試験管内の中で組み立てる (再構成する)技術を確立しています。このような再構成技術を用いて、遺伝子の読み取り制御に重要なクロマチン、がん細胞に特徴的なクロマチン、転写因子等のさまざまな核内タンパク質が結合したクロマチンなど、さまざまな機能的なクロマチンの構造、動態、機能発現機構などを、生化学的手法、X線結晶構造解析法、そして最新のクライオ電子顕微鏡解析法などによって明らかにしています。

本研究室では、クロマチンが生命現象を制御するメカニズムを解明するために、“再構成クロマチンを用いて試験管内で生命反応を再現させる”というアプローチを行なっています。これまでに、染色体セントロメアCENP-Aヌクレオソーム、クロマチンの転写開始点に存在するオーバーラッピングジヌクレオソーム、構成的ヘテロクロマチン基盤構造、RNAポリメラーゼIIがヌクレオソーム上を転写している構造など、さまざまな生命現象を担うクロマチンの構造機能解析に成功しています。

最近の研究成果

論文一覧

  1. Hatazawa S, Liu J, Takizawa Y, Zandian M, Negishi L, Kutateladze TG, Kurumizaka H, Structural basis for binding diversity of acetyltransferase p300 to the nucleosome (2022) iScience, doi: 10.1016/j.isci.2022.104563.
  2. Hirai S, Tomimatsu K, Miyawaki-Kuwakado A, Takizawa Y, Komatsu T, Tachibana T, Fukushima Y, Takeda Y, Negishi L, Kujirai T, Koyama M, Ohkawa Y, Kurumizaka H, Unusual nucleosome formation and transcriptome influence by the histone H3mm18 variant (2022) Nucleic Acids Res, doi: 10.1093/nar/gkab1137.
  3. Hirano R, Arimura Y, Kujirai T, Shibata M, Okuda A, Morishima K, Inoue R, Sugiyama M, Kurumizaka H, Histone variant H2A.B-H2B dimers are spontaneously exchanged with canonical H2A-H2B in the nucleosome (2021) Commun Biol, doi: 10.1038/s42003-021-01707-z.
  4. Sato S, Takizawa Y, Hoshikawa F, Dacher M, Tanaka H, Tachiwana H, Kujirai T, Iikura Y, Ho CH, Adachi N, Patwal I, Flaus A, Kurumizaka H, Cryo-EM structure of the nucleosome core particle containing Giardia lamblia histones (2021) Nucleic Acids Res, doi: 10.1093/nar/gkab644.
  5. Tanaka H, Takizawa Y, Takaku M, Kato D, Kumagawa Y, Grimm SA, Wade PA, Kurumizaka H. Interaction of the pioneer transcription factor GATA3 with nucleosomes (2020) Nat Commun, doi: 10.1038/s41467-020-17959-y.
  6. Kujirai T, Zierhut C, Takizawa Y, Kim R, Negishi L, Uruma N, Hirai S, Funabiki H, Kurumizaka H, Structural basis for the inhibition of cGAS by nucleosomes (2020) Science, doi: 10.1126/science.abd0237.
  7. Ehara H, Kujirai T, Fujino Y, Shirouzu M, Kurumizaka H, Sekine SI, Structural insight into nucleosome transcription by RNA polymerase II with elongation factors. (2019) Science, doi: 10.1126/science.aav8912.
  8. Kujirai T, Ehara H, Fujino Y, Shirouzu M, Sekine SI, Kurumizaka H, Structural basis of the nucleosome transition during RNA polymerase II passage (2018) Science, doi: 10.1126/science.aau9904.
  9. Machida S, Takizawa Y, Ishimaru M, Sugita Y, Sekine S, Nakayama JI, Wolf M, Kurumizaka H, Structural Basis of Heterochromatin Formation by Human HP1 (2018) Mol. Cell 69(3):385-397.e8. doi: 10.1016/j.molcel.2017.12.011.
  10. Kato D, Osakabe A, Arimura Y, Mizukami Y, Horikoshi N, Saikusa K, Akashi S, Nishimura Y, Park SY, Nogami J, Maehara K, Ohkawa Y, Matsumoto A, Kono H, Inoue R, Sugiyama M, Kurumizaka H, Crystal structure of the overlapping dinucleosome composed of hexasome and octasome (2017) Science, 356(6334):205-208. doi: 10.1126/science.aak9867
胡桃坂 仁志 教授
KURUMIZAKA Hitoshi
博士(学術)
理学系研究科生物科学専攻
滝沢 由政 准教授
TAKIZAWA Yoshimasa
博士(理学)
新領域創成科学研究科
堀越 直樹 准教授
HORIKOSHI Naoki
博士(理学)
医学系研究科
鯨井 智也 助教
KUJIRAI Tomoya
博士(理学)
松本 翔太 助教
MATSUMOTO Syota
博士(理学)
佐藤 祥子 助教
SATO Shoko
博士 (農学)