東京大学,東京工業大学,科学技術振興機構（ＪＳＴ）

令和４年１１月８日

東京大学
東京工業大学
科学技術振興機構（ＪＳＴ）

世界初・ゲノムＤＮＡを巻き取る新しい基本単位Ｈ３－Ｈ４オクタソームを発見

～染色体疾患の理解に新概念を提唱～

ポイント

真核生物のゲノムＤＮＡは、ディスク状のヌクレオソーム構造に巻き取られて核内に収納されていることから、たんぱく質の設計図を作るＲＮＡポリメラーゼⅡは、このヌクレオソームをほどきながらゲノム情報を読み解く必要があります。すなわち、ヌクレオソームを基本単位とするゲノム高次構造（クロマチン）が転写を制御していると言えます。これまでヌクレオソームは、Ｈ２Ａ、Ｈ２Ｂ、Ｈ３、Ｈ４の４種類のヒストン２分子ずつからなるヒストン８量体から構成される均一な構造体だと考えられてきましたが、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野澤 佳世 助教（研究当時、現：東京工業大学 生命理工学院 生命理工学系 准教授）、滝沢 由政 准教授、胡桃坂 仁志 教授らの研究グループは、ヒト由来たんぱく質を用いたクライオ電子顕微鏡解析によって、ヒストンＨ３、Ｈ４の２種類のみでもヌクレオソーム様構造体（Ｈ３－Ｈ４オクタソーム）が形成されることを世界で初めて明らかにしました。Ｈ３－Ｈ４オクタソームは、ヌクレオソームより可動性が高く、クロマチン結合因子の足場となる特徴的な酸性表面（アシディックパッチ）を持たないユニークな構造体でした。本研究グループは、Ｈ３－Ｈ４オクタソーム特異的な構造を出芽酵母内で検出することにも成功し、Ｈ３－Ｈ４オクタソームが生体内に存在することを初めて実証しました。Ｈ３－Ｈ４オクタソームは、ヌクレオソームと大きさでは区別がつかないため、これまでのクロマチン研究では、その存在が見逃されていた可能性があります。本研究成果は、ヒストンの変異や修飾だけでなく、ヒストンの含有率もヌクレオソームにアイデンティティーを与えることを提唱し、今後、エピジェネティクス制御の異常がもたらす、がん化や生活習慣病、精神疾患の理解においても、Ｈ３－Ｈ４オクタソームが新しい概念を加えると考えられます。

本研究成果は、「Ｔｈｅ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ」（オンライン版：１１月２日（現地時間））に掲載されました。

本研究成果は、科学技術振興機構（ＪＳＴ） 戦略的創造研究推進事業 さきがけ ＣＲＥＳＴ「ゲノムスケールのＤＮＡ設計・合成による細胞制御技術の創出」複合研究領域、さきがけ「遺伝子を活性化するＤＮＡルーピング機構の構造基盤の解明（ＪＰＭＪＰＲ１８Ｋ９）」（研究代表者：野澤 佳世 東京大学 定量生命科学研究所 助教）、ＣＲＥＳＴ「機能的人工染色体の設計と利用のための革新的研究（ＪＰＭＪＣＲ１８Ｓ５）」（研究代表者：白髭 克彦 東京大学 定量生命科学研究所 教授）、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）を始めとして、日本学術振興会（ＪＳＰＳ） 新学術領域研究「遺伝子制御の基盤となるクロマチンポテンシャル」（代表：胡桃坂 仁志、ＪＰ１８Ｈ０５５３４）、基盤研究（Ｃ）「革新的なクロマチン基盤膜を用いたクライオ電子顕微鏡３次元構造解析」（代表：滝沢 由政、ＪＰ１９Ｋ０６５２２）、基盤研究（Ｃ）「新規クロマチンユニットの構造機能解析」（代表：野澤 佳世、ＪＰ２０Ｋ０６５９９）、学術変革領域研究（Ｂ）「動的ゲノム構造をつくるメガダルトン複合体の構造機能解明」（代表：野澤 佳世、ＪＰ２１Ｈ０５１５４）、日本医療研究開発機構（ＡＭＥＤ） 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、ＪＰ２１ａｍ０１０１０７６）、「エピジェネティクスの基盤原理解明と創薬のためのヒストンおよび再構成クロマチンの生産」（代表：胡桃坂 仁志、ＪＰ２２ａｍａ１２１００９）などの支援を受けて実施されました。

＜プレスリリース資料＞

＜論文タイトル＞

“Cryo-electron microscopy structure of the H3-H4 ectosome—a nucleosome-like particle without histones H2A and H2B”
ＤＯＩ：10.1073/pnas.2206542119

＜お問い合わせ先＞

（英文）“Cryo-electron microscopic analysis reveal a novel structural unit of chromatin, H3-H4 octasome”

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