世界初・ゲノムDNAを巻き取る新しい基本単位H3-H4オクタソームを発見 染色体疾患の理解に新概念を提唱 研究成果

発表者

野澤　　佳世（東京工業大学生命理工学院生命理工学系 准教授、
　　　　　　　研究当時：東京大学定量生命科学研究所クロマチン構造機能研究分野　助教）
滝沢　　由政（東京大学定量生命科学研究所クロマチン構造機能研究分野　准教授）
胡桃坂　仁志（東京大学定量生命科学研究所クロマチン構造機能研究分野　教授）

発表のポイント

• 染色体の基本単位ヌクレオソームの形成には4種類のヒストンが必要であるという常識を覆し、H3、H4の2種類のヒストンのみでも、ヌクレオソーム様構造（H3-H4オクタソーム）が形成されることをクライオ電子顕微鏡観察によって世界で初めて明らかにした。
• H3-H4オクタソーム特異的な構造を出芽酵母内で検出することに成功し、H3-H4オクタソームが生体内に存在することを初めて実証した。
• 本成果は、ヒストンの変異や修飾だけでなく、ヒストンの含有率がヌクレオソームのアイデンティティとなることを提唱し、エピジェネティクス制御の異常がもたらす、がん化や生活習慣病、精神疾患の理解においても、新しい概念を加える。

発表概要

　真核生物のゲノムDNAは、ディスク状のヌクレオソーム構造に巻き取られて核内に収納されていることから、タンパク質の設計図を作るRNAポリメラーゼIIは、このヌクレオソームをほどきながらゲノム情報を読み解く必要があります。すなわち、ヌクレオソームを基本単位とするゲノム高次構造（クロマチン）が転写を制御していると言えます。これまでヌクレオソームは、H2A、H2B、H3、H4の4種類のヒストン2分子ずつからなるヒストン8量体から構成される均一な構造体だと考えられてきましたが、東京大学定量生命科学研究所クロマチン構造機能研究分野の野澤佳世 助教（研究当時、現：東京工業大学生命理工学院生命理工学系 准教授）、滝沢由政 准教授、胡桃坂仁志 教授らの研究グループは、ヒト由来タンパク質を用いたクライオ電子顕微鏡解析によって、ヒストンH3、H4の2種類のみでもヌクレオソーム様構造体（H3-H4オクタソーム）が形成されることを世界で初めて明らかにしました。H3-H4オクタソームは、ヌクレオソームより可動性が高く、クロマチン結合因子の足場となる特徴的な酸性表面（アシディックパッチ）を持たないユニークな構造体でした。本研究グループは、H3-H4オクタソーム特異的な構造を出芽酵母内で検出することにも成功し、H3-H4オクタソームが生体内に存在することを初めて実証しました。H3-H4オクタソームは、ヌクレオソームと大きさでは区別がつかないため、これまでのクロマチン研究では、その存在が見逃されていた可能性があります。本研究成果は、ヒストンの変異や修飾だけでなく、ヒストンの含有率もヌクレオソームにアイデンティティを与えることを提唱し、今後、エピジェネティクス制御の異常がもたらす、がん化や生活習慣病、精神疾患の理解においても、H3-H4オクタソームが新しい概念を加えると考えられます。