クロマチンタンパク質のユビキチン修飾を介した維持ＤＮＡメチル化制御機構の解析

DNAのメチル化は、エピジェネティック情報の一つとして細胞固有の遺伝子発現や形質制御に重要であり、個体の正常な発生や細胞分化に関与する。本研究では、維持メチル化の過程でUhrf1依存的に生じるヒストンH3のユビキチン化/脱ユビキチン化制御の分子機構の解明および細胞の生存に与える影響を明らかにすることを目的とする。DNAのメチル化パターンはDNA複製を介して親鎖から娘鎖へと、メチル化酵素Dnmt1により正確に継承される必要がある。我々はこれまでにアフリカツメガエル卵を用いた無細胞系での解析により、ヘミメチル化DNA結合タンパク質Uhrf1によるH3K23のユビキチン化が、Dnmt1の同部位への集積に重要であることを報告してきた。またDNA複製の完了に伴い、Dnmt1のクロマチンからの解離とともにH3の脱ユビキチン化が起こることが分かっているが、この詳細は不明である。H3の脱ユビキチン化がDnmt1の解離とともに起こることに注目し、卵抽出液を用いてDnmt1に結合する脱ユビキチン化酵素を質量分析にて探索したところUsp7を同定した。そこでUsp7のクロマチン結合を調べると、複製依存的かつDnmt1およびUhrf1依存的に結合することが分かった。興味深いことに、Usp7を卵抽出液より特異抗体を用いて免疫除去したとき、Dnmt1のクロマチン結合の増強およびH3の弱いユビキチン化が見られた。続いてin vitroの脱ユビキチン化アッセイにより、Usp7が直接ヒストンH3を脱ユビキチン化する活性について検討したところ、加えたリコンビナントUsp7の濃度依存的にH3のユビキチン化の減少が見られた。またUsp7阻害剤で抽出液を処理したところ、DNAメチル化がコントロールに比べ大きく抑制されることを見出した。

DNAのメチル化は、エピジェネティック情報の一つとして細胞固有の遺伝子発現や形質制御に重要であり、個体の正常な発生や細胞分化に関与する。本研究では、維持メチル化の過程でUhrf1依存的に生じるヒストンH3のユビキチン化/脱ユビキチン化制御の分子機構の解明および細胞の生存に与える影響を明らかにすることを目的とする。DNAのメチル化パターンはDNA複製を介して親鎖から娘鎖へと、メチル化酵素Dnmt1により正確に継承される必要がある。我々はこれまでにアフリカツメガエル卵を用いた無細胞系での解析により、ヘミメチル化DNA結合タンパク質Uhrf1によるH3K23のユビキチン化が、Dnmt1の同部位への集積に重要であることを報告してきた。またDNA複製の完了に伴い、Dnmt1のクロマチンからの解離とともにH3の脱ユビキチン化が起こることが分かっているが、この詳細は不明である。H3の脱ユビキチン化がDnmt1の解離とともに起こることに注目し、卵抽出液を用いてDnmt1に結合する脱ユビキチン化酵素を質量分析にて探索したところUsp7を同定した。そこでUsp7のクロマチン結合を調べると、複製依存的かつDnmt1およびUhrf1依存的に結合することが分かった。興味深いことに、Usp7を卵抽出液より特異抗体を用いて免疫除去したとき、Dnmt1のクロマチン結合の増強およびH3の弱いユビキチン化が見られた。続いてin vitroの脱ユビキチン化アッセイにより、Usp7が直接ヒストンH3を脱ユビキチン化する活性について検討したところ、加えたリコンビナントUsp7の濃度依存的にH3のユビキチン化の減少が見られた。またUsp7阻害剤で抽出液を処理したところ、DNAメチル化がコントロールに比べ大きく抑制されることを見出した。