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研究成果

公開日:2017.10.23

細胞内におけるタンパク質-DNA相互作用の全体像を捉える新しい方法を開発

研究成果 医歯薬学

 九州大学大学院医学研究院医化学分野の梅山大地学術研究員(現:理化学研究所)と伊藤隆司教授は、細胞内におけるタンパク質-DNA相互作用の全体像を捉える新しい方法を開発しました。
 私たちの身体を形成している様々な細胞は、基本的に同一のゲノムDNAを持っていますが、ゲノム中の遺伝子を取捨選択して使うことによって、それぞれの個性を発揮したり環境変化に適応したりしています。この取捨選択を行うのがDNAに結合する転写因子やヒストン等のタンパク質です。したがって、ゲノムの働き方を包括的に理解するには、ゲノムDNA上のタンパク質結合部位を網羅的に明らかにする必要があります。そのために、細胞から単離した核にDNA切断酵素を働かせる方法が用いられています。しかし、これらの方法は、操作が煩雑な上に、核を単離する過程でDNAとタンパク質の相互作用が失われる危険性も有しています。
 これに対して、梅山博士と伊藤教授は、ジメチル硫酸(DMS)という細胞膜を通過してDNAをメチル化する化合物に着目しました。DMSを作用させた細胞からDNAを取り出して、メチル化部位で切断する反応を施してから次世代シーケンサで分析すると、タンパク質の結合部位が切断を免れた場所として同定されました。DMS-seqと命名されたこの方法によって、核を単離せずに細胞内におけるタンパク質-DNA相互作用の全体像を明らかにすることが、初めて可能になりました。また、DNAを核内に収納する染色体の基本構造であるヌクレオソームの中心位置を遺伝子操作なしに同定することにも初めて成功しました。DMS-seqは、様々な分野の研究を基礎から支える技術になることが期待されます。
 本成果は、国立研究開発法人日本医療研究開発機構(AMED)の革新的先端研究開発支援事業ユニットタイプ「エピゲノム研究に基づく診断・ 治療へ向けた新技術の創出」研究開発領域における研究課題「ヒト消化器上皮細胞の標準エピゲノム解析と解析技術開発」(研究開発代表者:金井弥栄)および文部科学省科学研究費補助金によるもので2017年10月3日(火)12時(米国東部標準時(夏時間))に、国際学術雑誌「Cell Reports」のオンライン版に掲載されました。

(参考図)
細胞に添加されたDMSは細胞膜を通過して、核内のDNAをメチル化しますが、タンパク質の結合部位はメチル化を免れます。DMSを作用させた細胞から抽出したDNAに、メチル化部位を切断する反応を加えてから次世代シーケンサで解析すると、DNA上のタンパク質の相互作用部位を包括的に明らかにできます。転写因子の結合部位のみならず、非定型的クロマチン粒子やヌクレオソームの中心も検出されます。

研究者からひとこと

生命科学の様々な分野における基礎的研究を支えるような独自の基盤技術や方法論の開発を心がけてゆきたいと思います。

論文情報

DMS-Seq for In Vivo Genome-wide Mapping of Protein-DNA Interactions and Nucleosome Centers ,Cell Reports,
http://dx.doi.org/10.1016/j.celrep.2017.09.035

研究に関するお問い合わせ先

医学研究院 教授 伊藤 隆司

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