東北大学加齢医学研究所 加齢医学研究拠点 | Institute of Development, Aging and Cancer, Tohoku University

研究活動

加齢ゲノム制御プロテオーム寄附研究部門

教授 PhD 安井 明
講師 博士(医学) 菅野 新一郎
助教 博士(薬学) 宇井 彩子
博士研究員 博士(医学) 渡邉 怜子
産学共同研究員   保志 美季子
技術補佐員   近藤 久美子
事務補佐員   千葉 いずみ

研究の概要
この研究部門は、ヒト細胞内でのゲノム変化を制御する機構をプロテオミクスと蛋白質の可視化により解析し、癌や老化の制御の鍵となるゲノム安定性に関わる新規蛋白質や蛋白質複合体のダイナミックな細胞内機構を解明する基礎研究(下図左上の赤丸)と、その機構が関わるゲノム疾患の診断と癌の新しい治療法の開発を目的とする応用研究(下図右下の赤丸)を推進します。同時に、当部門で開発した技術を用いて新規の相互作用蛋白質を同定するサポートを推進している(次節参照)




研究の背景 
ヒト細胞内でゲノムDNAに生じる損傷は細胞当り一日に一万個を越えると考えられていて、これらの損傷が癌の主な原因である事がこれまでに明らかにされて来ました。それはDNA損傷の修復が出来ない種々の遺伝疾患では高発癌の形質があり、また早老症状を示す疾患もあることから、損傷による突然変異と細胞死が癌と老化を産み出すということで説明されています。正常細胞ではこのように多くのDNA損傷も、その”ほとんど”は細胞内に存在するDNA損傷を修復する多くの蛋白で直ちに修復されていますが、修復され残った損傷が癌の原因になると考えられます。ヒト細胞内には数百を越える蛋白質が損傷の修復などに関わり合っていて、細胞の中でのこれらの機構を知る事が、癌がどのように生じるかを理解する上で重要です。細胞中のDNAはクロマチンと呼ばれる蛋白質の中に隠れていて、DNA損傷はそう簡単には見つける事も出来ないと思われますが、実際はクロマチンリモデリングと呼ばれる、クロマチン構造を変化させて、転写の際にDNAを読み取らせるような機構が修復の際にも働いて損傷を見つけ易くする働きがあり、これらがうまく働かないとやはり癌の原因になることが少し分りつつあります。新しい研究室では、DNA損傷に応答するクロマチンリモデリングの機構と細胞の生死や発癌との関係を明らかにすることを目指します。
DNA修復の機構は発癌を抑える重要な機構ですが、癌の治療に際しては、治療効果を邪魔する因子です。放射線や化学療法などの癌の治療法は、主にDNAに損傷を与えて細胞を殺す方法です。癌細胞の様にどんどんと増殖している細胞では、DNA損傷は複製を止まらせ細胞を殺す効果が上がりますが、DNA修復は細胞死を妨げます。癌細胞のDNA修復能力を良く理解し制御する事が出来ると、抗癌剤はそれだけ効果的に効きます。新しいDNA修復の蛋白質や機構が分ると、それが発癌をどのように抑えるかと同時に、癌の治療に役立てられないかという応用研究も可能になります。我々が最近発見したDNA損傷の修復に関わる新しいクロマチンリモデリング機構はそのような重要な研究テーマです。
 
研究の方法
この研究室は、ゲノム損傷修復に関わる細胞内機構の解明のために、細胞核内にレーザーなどで作製した局所的な損傷に応答してダイナミックに動く蛋白質を顕微鏡下でリアルタイムにて解析する方法と、同時にその際に働いている蛋白質の複合体を同定するプロテオミクスの方法を融合させて、細胞の中のDNAに生じた損傷が引き起こす蛋白質がどのような複合体で働いているか、その働く順序は、機能は、などの実際のプロセスを解明し、新規の蛋白質を発見して発癌との関係を明らかにし、その機構を阻害する方法を見つけて癌の効果的な治療法に結びつける研究を行います。とりわけ、クロマチンの中での損傷修復の機構を理解するには、生きている細胞を使った可視化解析とプロテオミクスの研究が欠かせません。
 
「リアルタイム可視化解析と質量分析器による蛋白質複合体の決定」を融合した研究方法により細胞内での蛋白質のダイナミクスを解明する

 
 

最近5年間 (2010~)の研究発表

  1. Homma Y, Kanno S, Sasaki K, Nishita M, Yasui A, Asano T, Ohashi K, Mizuno K. Insulin receptor substrate-4 binds to Slingshot-1 phosphatase and promotes cofilin dephosphorylation. J Biol Chem. 2014 Sep 19;289 (38):26302-13
  2. Watanabe R, Ui A, Kanno S-I, Ogiwara H, Nagase T, Kohno T, and Yasui A. SWI/SNF factors required for cellular resistance to DNA damage include ARID1A and ARID1B and show interdependent protein stability, Cancer Res. 74:2465-2475, 2014.
  3. Ui A, Ogiwara H, Nakajima S, Kanno S-I, Watanabe R, Harata M, Okayama H, Harris CC, Yokota J, Yasui A and Kohno T. Possible involvement of LKB1-AMPK signaling in non-homologous end joining. Oncogen 33, 1640-1648, 2014.
  4. Nakajima S, Lan L, Wei L, Hsieh CL, Rapić-Otrin V, Yasui A, Levine AS. Ubiquitin-specific protease 5 is required for the efficient repair of DNA double-strand breaks. PLoS One. 9, 2014.
  5. Zaytseva O, Tenis N, Mitchell N, Kanno S, Yasui A, Heierhorst J, Quinn LM. The novel zinc finger protein dASCIZ regulates mitosis in Drosophila via an essential role in dynein light-chain expression. Genetics. 196, 443-53, 2014.
  6. Lan L, Nakajima S, Wei L, Sun L, Hsieh CL, Sobol RW, Bruchez M, Van Houten B, Yasui A, Levine AS. Novel method for site-specific induction of oxidative DNA damage reveals differences in recruitment of repair proteins to heterochromatin and euchromatin. Nucleic Acids Res. 42, 2330-45, 2014.
  7. Matsuzawa A, Kanno S, Nakayama M, Mochiduki H, Wei L, Shimaoka T, Furukawa Y, Kato K, Shibata S, Yasui A, Ishioka C, Chiba N. The BRCA1/BARD1-interacting protein OLA1 functions in centrosome regulation. Mol Cell, 53, 101-14, 2014.
  8. Wei L, Nakajima S, Hsieh CL, Kanno S, Masutani M, Levine AS, Yasui A, and Lan L. Damage response of XRCC1 at sites of DNA single strand breaks is regulated by phosphorylation and ubiquitylation after degradation of poly(ADP-ribose). J Cell Sci. 126, 4414-23, 2013.
  9. Ogiwara H, Ui A, Shiotani B, Zou L, Yasui A, and Kohno T. Curcumin suppresses multiple DNA damage response pathways and has potency as a sensitizer to PARP inhibitor. Carcinogenesis, 34, 2486-97, 2013.
  10. Toga T, Kuraoka I, Yasui A, and Iwai S. A transfection reporter for the prevention of false-negative results in molecular beacon experiments. Anal Biochem. 440, 9-11, 2013.
  11. Yasui A. Alternative excision repair pathways, Cold Spring Harb. Perspect. Biol. 6, 2013
  12. Itoh G, Sugino S, Ikeda M, Mizuguchi M, Kanno SI, Amin MA, Iemura K, Yasui A, Hirota T, and Tanaka K., Nucleoporin Nup188 is required for chromosome alignment in mitosis. Cancer Sci. 104, 871-879, 2013.
  13. Hong Z, Jiang J, Ma J, Dai S, Xu T, Li H, and Yasui A. The role of hnRPUL1 involved in DNA damage response is related to PARP1. PLoS One, 8, 2013.
  14. Yang Y, Wang C, Zhang P, Gao K, Wang D, Yu H, Zhang T, Jiang S, Hexige S, Hong Z, Yasui A, Liu JO, Huang H, Yu L. Polycomb group protein PHF1 regulates p53-dependent cell growth arrest and apoptosis. J. Biol. Chem. 288, 529-539, 2013
  15. Musselman CA, Avvakumov N, Watanabe R, Abraham G, Allen C, Roy S, Nunez J, Nickolof J, Kulesza CA, Yasui A, Cote J and Kutateladze TG. Molecular basis for H3K36me3 recognition by the tudor domains of PHF1. Nat. Struct. Mol Biol. 19, 1266-1272, 2012.
  16. Zhang X, Horibata K, Saijo M, Ishigami C, Ukai A, Kanno S, Tahara H, Neilan EG, Honma M, Nohmi T, Yasui A, and Tanaka K. Mutations in UVSSA cause UV-sensitive syndrome and destabilize ERCC6 in transcription-coupled DNA repair.. Nat Genet. 44, 593-597, 2012.
  17. Nomura H, Yoshimura A, Edo T, Kanno S, Tada S, Seki M, Yasui A, Enomoto T. WRNIP1 accumulates at laser light irradiated sites rapidly via its ubiquitin-binding zinc finger domain and independently from its ATPase domain. Biochem Biophys Res Commun. 417, 1145-1150, 2012.
  18. Wei, L. Lan L, Yasui A, Tanaka K, Saijo M, Matsuzawa A, Kashiwagi R, Maseki E, Hu Y, Parvin JD, Ishioka C, and Chiba N. BRCA1 contributes to transcription-coupled repair of DNA damage through polyubiquitination and degradation of Cockayne syndrome B protein. Cancer Sci. 102, 1840-1847, 2011.
  19. Li S, Kanno SI, Watanabe R, Ogiwara H, Kohno T, Watanabe G, Yasui A, and Lieber MR. PALF acts as both a single-stranded DNA endonuclease and a single-stranded DNA 3'-exonuclease and can participate in DNA end joining in a biochemical system. J Biol Chem. 286, 36368-36377, 2011.
  20. Zlatanou A, Despras E, Braz-Petta T, Boubakour-Azzouz I, Pouvelle C, Stewart GS, Nakajima S, Yasui A, Ishchenko AA, Kannouche PL. The hMsh2-hMsh6 complex acts in concert with monoubiquitinated PCNA and Pol η in response to oxidative DNA damage in human cells. Mol Cell. 43, 649-662, 2011.
  21. Ogiwara H, Ui A, Otsuka A, Satoh H, Yokomi I, Nakajima S, Yasui A, Yokota J, and Kohno T, Histone acetylation by p300 at double-strand break sites facilitates SWI/SNF chromatin remodeling and the recruitment of non-homologous end joining factors. Oncogene, 18, 2135-2146, 2011.
  22. Horibata K, Saijo M, Bay MN, Lan L, Kuraoka I, Brook PJ, Honma M, Nohmi T, Yasui A, and Tanaka K. Mutant Cockayne syndrome group B protein inhibits repair of DNA topoisomerase I-DNA covalent complex. Genes Cells, 16, 101-114, 2011.
  23. Itoh G, Kanno SI, Uchida KS, Chiba S, Sugino S, Watanabe K, Mizuno K, Yasui A, Hirota T, and Tanaka K. CAMP (C13orf8, ZNF828) is a novel regulator of kinetochore-microtubule attachment. EMBO J. 30, 130-144, 2011.
  24. Lan L, Ui A, Nakajima S, Hatakeyama K, Hoshi M, Watanabe R, Janicki SM, Ogiwara H, Kohno T, Kanno SI, and Yasui A. The ACF1 complex is required for DNA double-strand break repair in human cells. Mol Cell 40, 976-987, 2010.
  25. Isogai S, Kanno S, Ariyoshi M, Tochio H, Ito Y, Yasui A, and Shirakawa M. Solution structure of a zinc-finger domain that binds to poly-ADP-ribose. Genes Cells 15, 101-110, 2010.
  26. Asagoshi K, Liu Y, Masaoka A, Lan L, Prasad R, Horton JK, Brown AR, Wang XH, Bdour HM, Sobol RW, Taylor JS, Yasui A, and Wilson SH. DNA polymerase beta-dependent long patch base excision repair in living cells. DNA Repair, 9, 109-119, 2010.

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