ブックタイトル日本結晶学会誌Vol57No1

概要

日本結晶学会誌Vol57No1

日本結晶学会誌57，53-58（2015）特集マルチプローブ研究が拓く構造研究の新時代4．生命科学分野におけるマルチプローブ研究相関構造生物学によるUHRF1のヒストン認識機構の解明横浜市立大学大学院生命医科学研究科有田恭平Kyouhei?ARITA:?Structural?Basis?for?Recognition?of?the?Modifications?on?Histone?H3?Tail by UHRF1DNA methylation and histone modifications are major epigenetic traits for regulating the variouschromatin template processes in mammals. UHRF1, together with Dnmt1, is an essential factor formaintenance of DNA methylation in somatic cells. UHRF1 has five functional domains, namely UBL,tandem tudor domain（TTD）, PHD finger, SRA domain and RING finger. UHRF1 has been shown tobind to histone H3 containing tri-methylated K9（H3K9me3）, but the molecular mechanism of histoneH3 recognition by UHRF1 TTD-PHD domain is unclear. Here, I report the structural study of UHRF1TTD-PHD domain, which reveals how UHRF1 recognizes multiple histone modifications on histoneH3 tail.combination of X-ray crystallography, NMR and small-angle X-ray scattering reveal the higherorder structure formation of UHRF1 TTD-PHD domain, structural induction of histone H3 tail and theimportance of linker between TTD and PHD finger.1．はじめに1.1 DNAメチル化の維持機構真核生物のDNAはヒストンタンパク質8量体に巻きつきヌクレオソーム構造を形成する．1）このヌクレオソーム構造が基本単位となって高次のクロマチン構造が形成される．高次のクロマチン構造を制御する因子としてヒストンの翻訳後修飾やDNAメチル化のエピジェネティクスが知られている．ヒストン修飾は主にヌクレオソーム構造から飛び出たヒストンのフレキシブルなN末端領域（ヒストンテイル）に起こり，アセチル化・メチル化・リン酸化・ユビキチン化など多種多様な修飾が起こる．2）これらヒストン修飾は複数の修飾が組みあわせとなって1つの“コード”として生物学的な意味をもち，クロマチン構造を制御する．3）一方で，DNAの修飾はCpG配列中のシトシンの5位のメチル化に限られる．DNAメチル化は遺伝子発現を抑制し，胚発生，X染色体不活性化，ゲノムインプリンティングなどの生命現象に関与する．4）これらエピジェネティックなマークは受精後の胚形成や生殖細胞の形成の過程ではダイナミックに変動するが，分化後の細胞，すなわち体細胞では細胞分裂後の娘細胞でも維持される．ヒストン修飾の維持機構については多くのモデルが立てられているものの依然不明な点が多い．一方でDNAメチル化の維持機構には2つのタンパク質Ubiquitin-like，containing PHD and RING fingerdomains，1（以下UHRF1，図2）と維持型メチル化酵素Dnmt1が中心的に働くことが知られている．5），6）DNA複製が起こると，DNA複製機構では新たに合成された新日本結晶学会誌第57巻第1号（2015）生鎖DNA中にはメチル化が導入されず，片方のDNA鎖のみがメチル化されたヘミメチル化DNAが産出される．DNA維持メチル化の過程ではまずこのヘミメチル化DNAをUHRF1のSRA domainが認識する．その後，UHRF1がDnmt1をヘミメチル化サイトに呼び込むことにより，親細胞のDNAメチル化パターンが維持される（図1）．また最近，Dnmt1のヘミメチル化DNAへの呼び込みには，UHRF1のRING fingerによるヒストンH3K23のユビキチン化が重要であることが報告されており，DNA維持メチル化の複雑な分子機構の詳細が明らかにされつつある．7）図1 DNA維持メチル化機構.（Molecular mechanism ofmaintenance of DNA methylation.）53