【研究領域課題番号】20H00449 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ゲノム / 遺伝子 / 癌 / 蛋白質 / 放射線

【研究成果の概要】

真核生物では、ゲノムDNAはクロマチンを形成することで細胞核内に収納されている。クロマチンは、DNAを損傷から保護する役割を担っていると考えられているが、一方で、DNA損傷修復に対して阻害的にも働く。細胞には、ゲノムDNA二重鎖切断損傷を正確に修復するための機構が備わっている。増殖時の細胞では、複製された染色体を鋳型にした相同組換え修復（HRR）によって二重鎖切断修復を行うことが可能となる。他方、非分裂細胞では、鋳型となるべき複製された染色体が存在しないため、転写と共役した二重鎖切断修復（TC-HR）が提案されている。本研究では、TC-HRで機能すると考えられるRAD52やRAD51を中心に、これらがCSBなどのクロマチンリモデリング因子と協同的に、クロマチン上でDNA損傷修復を行うしくみを解明することを目指す。本目的を達成するために、以下の計画１－３の研究を行なった。＜計画１＞ CSBが二重鎖切断損傷と遭遇したRNAポリメラーゼを認識するしくみの解明：損傷依存的にヌクレオソーム中で停止したRNAポリメラーゼとヌクレオソームとの複合体の調製に成功した。並行して、昨年度に精製系を確立したCSBのPichia属の酵母ホモログであるRAD26を用いて、RAD26とヌクレオソームとの複合体の形成を生化学的に検討した。＜計画２＞ クロマチン構造の基本単位であるヌクレオソームの構造を変換するしくみ： CSBによるクロマチンリモデリングの分子機構を明らかにするために、RAD26とヌクレオソームとの複合体のクライオ電子顕微鏡による解析を開始し、データの取得に成功した。＜計画３＞ RNAに依存したDNA修復反応におけるRAD52の役割：本年度は、全長のRAD52の立体構造解析をクライオ電子顕微鏡による単粒子解析によって行い、RAD52が多様な多量体を形成することを明らかにした。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2020-04-01 - 2023-03-31

【配分額】44,850千円 (直接経費: 34,500千円、間接経費: 10,350千円)

【研究領域課題番号】18H04135 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

放射線 / 炎症 / 遺伝子 / メダカ / 精巣卵 / 腎臓 / 好中球 / 放射線影響 / 低線量率 / 行動 / 低線量放射線 / 遊泳行動 / 遺伝子発現解析 / 酸化ストレス / 赤血球 / 遺伝子発現 / 低線量率放射線 / 精巣

【研究成果の概要】

野生型メダカに7日間にわたって総線量100mGyのガンマ線を照射した。全身の連続組織切片を用いて各器官の組織変化を調べた。B型精母細胞の数の減少と、鰓上皮の増殖の低下が観察された。精巣卵形成には、線量率効果がなく、50mGy急性照射で精巣卵が生成された。トランスクリプトーム解析では、解糖系やペントースリン酸経路に関連する遺伝子の発現が抑制されていた。また、抗酸化に重要な役割を果たすNADPHの産生が亢進していた。照射中の遊泳行動をビデオ撮影し、数値化すると照射魚の遊泳行動は、照射期間の5日目と6日目に向上した。クロレラを摂取すると、サイトカインと炎症メディエーター遺伝子の発現が低下した。

【研究の社会的意義】

慢性的な炎症状態の持続は様々な疾患の原因となることが近年急速に明らかになっているが、軽微な炎症反応は自然と治癒・沈静化するためにこれまで大きな注意を払われてこなかった。低線量率長期被ばくが脊椎動物（メダカ）の体のハード（組織構築）とソフト（行動と遺伝子発現パターン）に与えるインパクトを網羅したデータを収集し、RNA-Seq解析とマクロファージと好中球の動態と精巣卵形成が低線量率長期被ばくの生物影響評価に有効な指標となることが明らかにされた。照射下での遊泳行動には、変化が認められたので、再現性と線量依存性の確認が必要である。また、未成熟期での亞致死線量照射に発癌抑制効果があることを示した。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2018-04-01 - 2021-03-31

【配分額】44,330千円 (直接経費: 34,100千円、間接経費: 10,230千円)

【研究分野】ゲノム生物学

【研究領域課題番号】17H01408 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ゲノム維持修復 / ゲノム多様性 / ゲノム進化・再編 / 遺伝情報複製・再編 / ゲノム機能 / 活性発現の分子機構 / 染色体構築・機能・分配 / 生体高分子構造・機能 / ゲノム / 遺伝子 / 癌 / 蛋白質 / 放射線 / 構造活性相関

【研究成果の概要】

本研究の目的は、ゲノムDNAの維持と再編に必須である相同組換えの中心反応 “相同鎖検索”が、クロマチン構造上でどのようになされるのかを明らかにすることである。クロマチン再構成技術、in vitro組換え試験系、そしてX線およびクライオ電子顕微鏡による構造生物学的解析を融合することで、クロマチン上における相同鎖検索のメカニズムの解析を行なった。その結果、減数分裂期組換えで働く因子であるSYCP3の生化学的特性、クロマチンが高度に凝縮しているヘテロクロマチンの基盤構造、相同鎖検索で重要なRAD52とDNAとの複合体構造などを明らかにした。

【研究の社会的意義】

DNAの二重鎖切断損傷は、ゲノム情報に重篤なダメージを与える。それゆえ、その正確な修復は生物の生存に必須の機構であり、相同組換えはその中心的な役割を果たす。相同組換えは、原核生物から真核生物に至るまで生物界に保存されている重要な生命維持機構である。また減数分裂期において、雌雄由来のゲノムDNA情報を交換する遺伝的組換えにおいても機能し、生物の多様性を生む機構をも担っている。二重鎖切断損傷修復の破綻が、がんなどの重篤な疾病の原因になっていることも報告されており、そのメカニズムの理解は、学術的および社会的に大きな意義を持つ。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2017-04-01 - 2020-03-31

【配分額】41,860千円 (直接経費: 32,200千円、間接経費: 9,660千円)

【研究分野】腫瘍診断学

【研究領域課題番号】16K07149 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

薬剤耐性 / 放射線耐性 / トランスポゾン / 食道癌 / 網羅的解析 / 5-FU / シスプラチン / 放射線 / 化学療法 / 薬剤耐性遺伝子 / 放射線療法 / 放射線耐性遺伝子 / 5FU / 抗癌剤耐性遺伝子 / 癌 / 遺伝子 / 薬剤反応性

【研究成果の概要】

ヒトゲノム上に存在する全ての遺伝子をスクリーニング可能であるトランスポゾンを用いて、食道癌に対するシスプラチン、5-FU、放射線耐性遺伝子の新しい網羅的解析に関する研究において、37種類のシスプラチン耐性遺伝子を発見した。そのうちTRIM16L overexpression細胞株に関してシスプラチン耐性をMTT assayにて検証し、シスプラチンへの耐性を証明した。TRIM16 knockdown細胞株に関してシスプラチンへの耐性が減少することを確認した。TRIM16L overexpression細胞株のマウスxenograftでのシスプラチンに対する耐性をin vivoにて確認した。

【研究の社会的意義】

現在、食道癌に対する根治的治療法は手術、化学療法、放射線療法を組み合わせた集学的治療が行われている。しかし、化学療法、放射線療法の奏効率は決して高くなく、奏効しない症例にとっては有害事象のみの無駄な治療となる。また、治療の経過中に薬剤耐性が生じることで治療不応性となることが問題である。以上より化学療法および放射線耐性のメカニズムの解明が治療戦略に非常に重要と考えられる。トランスポゾンを用いたシスプラチン、5-FU、放射線耐性遺伝子の新しい網羅的解析により、進行食道癌の新たな治療戦略の開発と治療成績の向上が可能である。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2016-04-01 - 2019-03-31

【配分額】5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)

【研究分野】ゲノム生物学

【研究領域課題番号】25250023 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ゲノム維持修復 / ゲノム多様性 / ゲノム進化・再編 / 遺伝情報複製・再編 / ゲノム機能 / 活性発現の分子機構 / 染色体構築・機能・分配 / 生体高分子構造・機能 / 構造活性相関 / ゲノム / 遺伝子 / 癌 / 蛋白質 / 放射線

【研究成果の概要】

本研究の目的は、クロマチン構造によって凝縮されている染色体ゲノムDNA上で、相同組換えがどのように行われているか、その分子機構を解明することである。本研究では、in vitro相同組換え反応系とクロマチン再構成系とを独自に融合させることで、高次クロマチン上における相同組換え反応機構を明らかにした。また、ヒストンバリアントによって形成される多様なクロマチン構造が、相同組換え反応を制御することを見出した。さらに、相同組換えの中心酵素であるRAD51とDMC1の機能差異について重要な知見を得た。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2013-04-01 - 2017-03-31

【配分額】45,890千円 (直接経費: 35,300千円、間接経費: 10,590千円)

【研究分野】放射線・化学物質影響科学

【研究領域課題番号】25220102 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

放射線誘発突然変異 / ノックインマウス / トランスジェニックメダカ / 体細胞突然変異 / 生殖細胞突然変異 / 遺伝影響評価 / 環境変異原 / ゲノム解析 / 環境 / 遺伝子 / 突然変異 / 放射線 / リスク評価 / GFP / in vivo / 組織幹細胞

【研究成果の概要】

個体内で起こる体細胞や生殖細胞の突然変異を、生体内の組織構築の「場」を壊すことなく検出する事をモデル動物にて実現した。これにより、放射線や環境変異原の暴露により生じる細胞の突然変異リスクについて、被ばく後の時間と組織内の三次元的情報を加えて計測することが可能となった。本システムは、組織をすりつぶしてDNAを抽出するといった従来法に対しては革命的である。我々の方法は、体内で起こる細胞の突然変異を生きたまま観察することを可能とし、組織幹細胞の突然変異とその増殖動態を明らかとした。今回作製したHPRTdupGFPマウスは公的バンクにも登録され、世界中に配布される。商業的利用に関しては特許も取得した。

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2013-05-31 - 2018-03-31

【配分額】182,650千円 (直接経費: 140,500千円、間接経費: 42,150千円)

【研究分野】放射線科学

【研究領域課題番号】20790908 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

放射線 / 生物学 / 遺伝子

【研究成果の概要】

本研究の成果として、アンチセンス法からは、放射線照射および抗癌剤投与による蛍光発色により、遺伝子発現による定性的な治療効果予測が期待できることと、機能的画像診断法への応用も今後期待されることが挙げられる。その一方、定量的な遺伝子発現量の測定では、放射線投与量と遺伝子発現量の間に用量関係は確認できなかったことから、治療効果の有効性の評価法としては不十分であり、さらなる検討が必要であると思われた。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2008 - 2009

【配分額】2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)

【研究分野】放射線科学

【研究領域課題番号】20591492 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

がん / 相同組換え / 放射線治療 / 放射線 / 癌 / 薬剤反応性 / 遺伝子

【研究成果の概要】

がんの集学的治療において放射線治療を効果的に利用するためには、個々のがんにおけるDNA損傷修復能力の特性を評価できるための科学的基盤の確立が不可欠である。本研究では、正常の体細胞では発現せず、がん細胞において特異的に発現するシナプトネマ複合体形成分子SYCP3に着目し、同分子の体細胞での役割について検討を行った。その結果、SYCP3が体細胞においてBRCA2分子の機能を抑制して相同組換え修復を抑制し、放射線感受性の亢進を来すことを明らかにした。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2008 - 2010

【配分額】4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)

【研究分野】応用微生物学

【研究領域課題番号】19380054 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

放射線 / 遺伝子 / 微生物 / タンパク質 / DNA修復

【研究成果の概要】

放射線抵抗性細菌デイノコッカス・ラジオデュランス由来のDNA修復促進タンパク質PprAについて、1.35Åの分解能での結晶構造解析に成功し、DNA結合に重要なアミノ酸残基の空間配置を明らかにした。また、PprAタンパク質の放射線誘導に関わる新規制御タンパク質PprMを同定し、その作用機序を明らかにした。さらに、デイノコッカス属細菌で使用できる新規プラスミドベクターを開発した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2007 - 2009

【配分額】20,020千円 (直接経費: 15,400千円、間接経費: 4,620千円)

【研究分野】放射線・化学物質影響科学

【研究領域課題番号】18310038 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

放射線 / 動物 / 遺伝学 / ストレス / 遺伝子 / 細胞・組織 / メダカ / 突然変異 / 魚類

【研究成果の概要】

放射線高感受性ric1細胞は、DNA2本鎖切断の修復が遅延しており、γ線による断片化を伴う細胞死が起きない。緑色蛍光蛋白質(GFP)遺伝子を生殖細胞特異的に発現するric1系統を用いたところ、卵割期にすでにric1生殖細胞は、放射線高感受性であり、生殖腺移行後に孵化率に影響を及ぼさない線量に対して大きな性差があることも分かった。また、酸化損傷修復に関わるOGG1遺伝子の突然変異ホモ接合体メダカを作製した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2006 - 2008

【配分額】17,820千円 (直接経費: 15,300千円、間接経費: 2,520千円)

【研究分野】放射線科学

【研究領域課題番号】17659374 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

放射線 / 遺伝子 / 生体分子 / トランスレーショナルリサーチ / Tc-99m / ジーンイメージング / アンチセンス / オリゴヌクレオチド / 遺伝子キャリヤー / 蛍光標識 / 融合イメージ

【研究成果の概要】

本研究は放射能(RI)と蛍光とで二重標識したアンチセンス、または、その類似体のオリゴヌクレオチド(AON)によって、核医学手法と光学的手法とによって得られた融合イメージを用いて、体内にある遺伝子の局在を精確に、非侵襲的に捉える方法を開発することを目的としている。〈RI+蛍光〉標識したAONの生体内での安定性を確認し、次に、目的遺伝子をイメージングするに充分の量だけAONが到達するためのキャリアー物質を選択する。核医学手法と光学的手法とを融合させる基本ソフトを完成させ、「遺伝子局在イメージング」の臨床応用への移行を意図している。
実験モデルとしては、多剤耐性を獲得した腫瘍を植え付けたマウスを用い、対象とする遺伝子は多剤耐性に関係している(mdr)をターゲットとした。最終年度は以下のような研究成果を得た。1.mRNAに対してアンチセンスシークエンスをもつオリゴヌクレオチにRIを標識して、これを特異的に腫瘍に集積させるドラッグデザイン(=プラットフォーム)を開発した(特許申請中)。2.上記のドラッグデザイン(Streptavidin:biotin:peptide:AON:Tc-99m)がmdrを過剰発現する腫瘍へin vitro、in vivoの双方において、特異的に集積することを確認した。3.上記のドラッグデザイン(Streptavidtn:biotin:peptide:AON:蛍光)がmdrを過剰発現する腫瘍へin vitro、in vivoの双方において、特異的に集積することを確認した。4.上記のドラッグデザイン(Streptavidin:biotin:peptide:AON:Tc-99m:蛍光)について検討中である。

【研究種目】萌芽研究

【研究期間】2005 - 2007

【配分額】3,600千円 (直接経費: 3,600千円)