Structural basis of higher-order complexes connecting transcription and its related functions

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DNAの遺伝情報をRNAに転写する巨大なタンパク質複合体であるRNAポリメラーゼは、細胞内の多数の分子と相互作用し、様々な生命機能を支えるハブとして機能している。しかしながら、転写と様々な機能との接点で形成される分子の実体やその構造、機能や制御のメカニズムはほとんど分かっていない。これらの高次複合体の構造解析を行い、重要な生命機能の分子メカニズムを解明するために、本年度は以下のように研究を進めた。真核生物では、ゲノムDNAはヌクレオソームを基本単位とするクロマチン構造をとって細胞核内に収納されている。我々は、クライオ電子顕微鏡を用い、RNAポリメラーゼII (RNAPII)がヌクレオソーム構造を保持しながらヌクレオソームを通過する仕組みを初めて明らかにした。RNAPIIは、ヒストンシャペロンおよび転写伸長因子の助けを借りて、前方にあるヌクレオソームを一旦解体し、後方で再度組み立て直すことによってそれを達成していた。また、クロマチンの主要な構成要素であるリンカーヒストンの転写伸長に及ぼす影響を調べるために、リンカーヒストンH1が結合したクロマトソームを用いた解析を行い、H1が転写に阻害的に働くメカニズムの一端を明らかにした。RNAポリメラーゼ (RNAP)は、遺伝子の末端まで転写を行うと、DNAとRNAを解離して転写を終結する。細菌の多くの遺伝子の転写終結を担う転写終結因子Rho（ATP-dependent RNA helicase）はRNAを転写中のRNAP伸長複合体と新生RNAに結合し、RNAとDNAをRNAPから解離させる。クライオ電子顕微鏡を用い、Rhoが転写伸長複合体に結合した状態の構造を初めて捉えることに成功した。