【本学研究者情報】

〇学際科学フロンティア研究所　准教授　佐藤伸一
研究室ウェブサイト

【発表のポイント】

• タンパク質がDNAに触れた履歴を指紋のように残す技術を開発し、その履歴をもつタンパク質を捕捉して分析することが可能に
• これにより、核小体タンパク質ヌクレオリンが特殊なDNA高次構造に結合し、構造を緩めることを発見
• 同様の手法による、疾患関連核酸等への応用と新規因子を標的とした創薬研究への展開に期待

【概要】

大阪大学大学院基礎工学研究科の山元淳平准教授、大学院生の伴勇輝さん（博士後期課程３年）、東北大学学際科学フロンティア研究所の佐藤伸一准教授らの研究グループは、核小体構成タンパク質として知られているヌクレオリンが非標準DNA^※1構造の一つであるシトシン四重鎖（i-motif）に結合し、その構造を緩めることを世界で初めて明らかにしました。

今回、山元准教授らの研究グループは、タンパク質がDNAに触れた履歴をタンパク質上に残し、その履歴をもつタンパク質を選択的に濃縮した後に質量分析に供する指紋標的濃縮法^※2を開発しました。この方法によって非標準i-motif構造に結合するタンパク質をヒト細胞中に存在するタンパク質群から網羅的に探索し、候補タンパク質の性質解析を行なったところ、細胞中の核小体^※3に存在するヌクレオリンと呼ばれるタンパク質がi-motif構造に結合し、その構造を緩めることを解明しました。これにより、非標準DNA構造が生体プロセスを調節する分子機構の解明が期待されます。

本研究成果は、科学誌「Nucleic Acids Research」に、2024年１１月１９日（火）（日本時間）に公開されました。

【用語解説】

※1　非標準DNA
従来DNAは塩基対形成に基づく二重らせん構造を形成しますが、二重らせん構造以外の高次構造を形成することがあり、これを非標準DNAと言います。よく見られる非標準DNAの例として、グアニンおよびシトシンが豊富なDNA配列でそれぞれ形成されるグアニン四重鎖（G-quadruplex, G4）やシトシン四重鎖（intercalated motif, i-motif）が挙げられます。これら非標準DNAはテロメア領域やタンパク質をコードする遺伝子のプロモーター領域など、ゲノムの重要な領域に多く見られ、細胞内プロセスへの関与が注目されています。

※2　 指紋標的濃縮法
目的のDNA配列に、反応性の高いリンカーを介して炭素-炭素三重結合（アルキン）を有する部位を導入した化学修飾DNAを調製し、これをタンパク質の化学修飾に用います。化学修飾DNAに対してタンパク質が結合もしくは近接すると、タンパク質中のアミノ酸側鎖がDNA上の反応性リンカーと反応し、一定の割合でアルキンがタンパク質側へ移動します。つまり、タンパク質上のアルキンの存在はDNAに近付いたという"指紋"となります。この指紋の存在を目印として追加の化学反応を行い、磁気ビーズを用いて選択的に濃縮して質量分析測定に供することで、特定のDNAに結合・近接したタンパク質群を網羅的に同定します。

※3　 核小体
細胞の核内に存在する球状の構造体であり、タンパク質合成装置であるリボソームの生合成が主に行われています。中にはリボソームDNAが格納されており、これが活発に転写され、リボソーム生合成に必要なリボソームRNAが供給されます。これらを通じて、細胞の成長やタンパク質の合成に重要な役割を果たしています。

【論文情報】

タイトル："Profiling of i-motif binding proteins reveals functional roles of nucleolin in regulation of high-order DNA structures"
著者名：Yuki Ban, Yuka Ando, Yuma Terai, Risa Matsumura, Keita Nakane, Shigenori Iwai, Shinichi Sato and Junpei Yamamoto
DOI：10.1093/nar/gkae1001

詳細（プレスリリース本文）

問い合わせ先

（研究に関すること）
東北大学 学際科学フロンティア研究所
准教授 佐藤伸一 (さとう しんいち)
TEL: 022-795-5262
Email: shinichi.sato.e3*tohoku.ac.jp
（*を@に置き換えてください）

（報道に関すること）
東北大学 学際科学フロンティア研究所 企画部
特任准教授 藤原 英明 （ふじわら ひであき）
Email: hideaki*fris.tohoku.ac.jp