スポットライトリサーチ

狙ったヌクレオソームのヒストンアセチル化を誘導する分子「Bi-PIP」を開発しました。

ヒストンのリシンアセチル化は、遺伝子発現活性化やオープンクロマチンに関連する代表的なエピジェネティック修飾として知られ、ヒストンアセチル基転移酵素（HAT）によって導入されます。P300を含む多くのHATタンパク質はその分子内にアセチル化リシンを認識するブロモドメイン（BD）を有しており、この構造がヒストンアセチル化の維持や伝搬に関わっていると考えられています。すなわち、ブロモドメインが既存のアセチル化リシンに結合し、その近傍にHATが新規アセチル化を誘導するというものです。本研究では、P300のブロモドメインに結合する分子（ブロモドメイン阻害剤、Bi）と塩基配列特異的にDNAに結合する分子（ピロールイミダゾールポリアミド、PIP）をつなぎ合わせたコンジュゲート「Bi-PIP」を開発し、上述の「ブロモドメインを介したヒストンアセチル化の伝搬」を利用して標的DNA配列を含む領域のヒストンアセチル化を誘導することに成功しました。

分子のデザインです。本来、ブロモドメイン阻害剤は、ブロモドメインのアセチル化リシン認識部位に入り込むことでアセチル化リシンの読み取りを阻害するものであり、一般的にヒストンアセチル化の抑制に寄与します。一方、本研究ではブロモドメイン阻害剤を特定のDNA配列領域にとどめておくことで、ブロモドメインを阻害するのではなく、アセチル化リシンの代わりにブロモドメインへ結合することでP300を呼び込みました。これによって、標的ヌクレオソームのヒストンアセチル化を促進するという、アセチル化抑制とは真逆の効果を得ました。

このような発想の転換は、研究を進めるうえで大事な要素であり、面白い部分だと考えています。

Bi-PIPの作用をデモンストレートするところです。細胞内のエピジェネティック制御は複雑なため、細胞のクロマチンでBi-PIPを評価しても結果が複雑になってしまいプルーフオブコンセプトにはならないと考えました。そこで、再構成ヌクレオソームを用いたシンプルな系を構築することを目指しました。当時の研究室はヌクレオソーム再構成の経験が浅く、うまくいくか不安でしたが、幸運にもワークする実験系を立ち上げることに成功しました。最終的には、再構成ヌクレオソームを用いた免疫沈降と質量分析により、Bi-PIPによる配列選択的なヒストンアセチル化をきれいに示すことができました。

化学分野の強みのひとつとして、「思い描いた機能や特性を持つ分子を自由に設計し創造できる」というものがあると思っています。現在私は生物学の修行中で化学から少し離れていますが、いずれはまた化学の力を借りて、今までできなかったことを可能にするような分子を自由に創り出したいと考えています。

今回開発したBi-PIPがどんな場面で役に立つのかは、まだわかりません。エピゲノム治療薬や細胞リプログラミングツールなどいろいろな可能性があると思いますので、興味を持たれた方は研究室へご連絡いただけると大変うれしく思います。

本研究を行うにあたって数多くのご指導をいただきました杉山先生、Pandian先生に、この場をお借りして感謝申し上げます。また、実験指導・技術提供してくださった研究室の皆様、医学研究支援センターの伊藤先生、理学研究科の依光先生、野木先生に厚く御礼申し上げます。