転写と共役したヌクレオソーム再構築の分子メカニズムの解明

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ヒトを始めとする真核生物のゲノムDNAは、クロマチンと呼ばれる高次構造をとる。クロマチンの最小単位は、ヌクレオソームと呼ばれる円盤状の構造である。安定なクロマチン構造の存在は、正常な遺伝子発現制御のために欠かせないものであり、その破綻は、ガンなどの多様な疾患の原因となることが知られている。その一方、ゲノムDNAに書き込まれた情報が機能する際には、転写というプロセスが必要であり、RNAポリメラーゼ(RNAP)という酵素がDNAの情報を読み取る必要がある。しかしながら、その際には、RNAPがヌクレオソームにぶつかることになるため、転写の過程においてクロマチン構造を大きく破壊することなく、DNAの情報を読み取ることができるのがなぜなのか、その分子メカニズムは、大きな謎であった。2022年度は、前年度までに確立した、試料調製系や、クライオ電顕による構造解析系を活用することで、転写中にRNAP前方でヌクレオソームが破壊されていく状態や、RNAP後方でヌクレオソームが再び再構成されていく状態について、複数の分子構造を明らかにすることができた。また、転写の際には、RNAPのみならず、転写伸長因子やヒストンシャペロンと呼ばれる、様々なタンパク質が機能することが知られているが、それらが働く姿も捉えることができた。これらの結果は、転写中に、転写に伴ってヌクレオソームが再構築されるという現象を観察した、世界で初めての成果であり、Science誌に報告することができた。本研究は、「どうして転写が起きてもヌクレオソームが壊れないのか」、という大きな疑問に対して、一つ重要な回答を与えるものであり、大きな反響が期待される。