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

连接转录及其相关功能的高阶复合体的结构基础

• 批准号: 20H05690
• 负责人: 関根 俊一
• 金额: $ 121.06万
• 依托单位: Institute of Physical and Chemical Research
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-08-31 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H05690/
• 关键词: RNAポリメラーゼ; ヌクレオソーム; 転写因子; リボソーム; クライオ電子顕微鏡; 転写伸長因子; ヒストンシャペロン; 転写終結因子; ncRNA; Rho; クライオ電顕

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。

RNA聚合酶是一种巨大的蛋白质复合物，将DNA遗传信息转录为RNA，它与细胞内的许多分子相互作用，并作为支持各种生物学功能的枢纽。然而，在转录和各种功能之间的接触，它们对照的结构，功能和机制之间形成的分子物质几乎是鲜为人知的。为了分析这些高阶复合物的结构分析并澄清重要生物学功能的分子机制，今年我们进行了以下研究。在真核生物中，基因组DNA位于细胞核中，以基于核小体为基础的染色质结构。使用冷冻电子显微镜，我们首先澄清了RNA聚合酶II（RNAPII）如何通过核小体，同时保留核小体结构。 RNAPII通过一次拆除前向核小体并在组蛋白伴侣和转录伸长因子的帮助下重新组装它们来实现这一目标。此外，为了研究接头组蛋白（染色质的主要成分）对转录伸长的作用，我们使用连接器组蛋白H1结合的染色体进行了分析，并揭示了H1抑制转录的机制。当RNA聚合酶（RNAP）在转录到基因末端时，它们会解离DNA和RNA，并终止转录。转录终止因子RHO（ATP依赖性RNA解旋酶）负责许多基因在细菌中的转录终止，在转录过程中将RNA与RNAP扩展复合物和新生RNA结合，将RNA和DNA与RNAP解离。使用冷冻电子显微镜，我们成功地捕获了Rho首次与转录伸长复合物结合的结构。

项目成果

Structural Basis of Nucleosome Transcription by RNA Polymerase II

RNA 聚合酶 II 核小体转录的结构基础

• 发表时间: 2020
• 作者: Takeda H;Tsutsumi A;Nishizawa T;Lindau C;Busto JV;Wenz L-S;Ellenrieder L;Imai K;Straub SP;Mossmann W;Qiu J;Yamamori Y;Tomii K;Suzuki J;Murata T;Ogasawara S;Nureki O;Becker T;Pfanner N;Wiedemann N;Kikkawa M;Endo T;Shun-ichi Sekine
• 通讯作者: Shun-ichi Sekine

転写伸長におけるヌクレオソームの崩壊と再構築機構の構造生物学的解析

转录延伸过程中核小体塌陷和重塑机制的结构生物学分析

• 发表时间: 2022
• 作者: 鯨井智也;江原晴彦;白水美香子;関根俊一;胡桃坂仁志
• 通讯作者: 胡桃坂仁志

エピゲノムで新たな解明が進む「先天性疾患」

通过表观基因组新阐明的“先天性疾病”

• 发表时间: 2021
• 作者: Watanabe S;Hoshina T;Kojiro M;Kusuhara K.;佐野伸一朗
• 通讯作者: 佐野伸一朗

クライオ電子顕微鏡ハンドブック

冷冻电子显微镜手册

• 发表时间: 2023
• 作者: Segawa Katsumori;21人;Nagata Shigekazu;渡部 聡 稲葉 謙次
• 通讯作者: 渡部 聡 稲葉 謙次

セントラルドグマの新常識

中心法则新常识

• 发表时间: 2022
• 作者: 山崎智弘;山本哲也;廣瀬哲郎（担当;分担執筆;範囲：RNAの新常識6：細胞内構造体の骨格として働くRNA）
• 通讯作者: 範囲：RNAの新常識6：細胞内構造体の骨格として働くRNA）