酵素には不可能なヒストン超アシル化による生細胞エピゲノム操作と理解

通过组蛋白过度酰化来操纵和理解活细胞表观基因组，这是酶不可能实现的

基本信息

批准号：
21K19326
负责人：
山次健三
金额：
$ 4.16万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-07-09 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-21K19326/
关键词：
触媒ヒストン生細胞内反応アシル化プローブ環境

项目摘要

生命はDNAやタンパク質などの生体分子とそれらに介在する化学反応から成る。その代表がタンパク質の翻訳後修飾（PTM）であり、それらの多くは酵素によって導入される。しかし、生体に介入しうる化学反応は、酵素が触媒するものに限定される必要はない。本研究では、遺伝子転写に関与するヒストンタンパク質を対象に、本来生体にはない翻訳後修飾、特にリジン残基のアシル化修飾を化学触媒により導入し、細胞のエピゲノムを操作すること、細胞の応答を理解することを目的とする。前年度までに、モデルタンパク質を用いた検討において、ヒドロキサム酸とジオールからなる触媒、アシル基とフェニルボロン酸からなるアシルドナーをそれぞれ開発し、生細胞内で従来の100分の1の濃度で3倍以上のアシル化活性を示すタンパク質アシル化触媒系を開発できた。本年度は、本触媒系を生細胞内のヒストンに適用し、かつ、白血病細胞選択的な触媒系へとさらに発展させた。その結果、人工触媒によるヒストンH2BK120のアシル化によって白血病細胞選択的なエピゲノム操作を達成し、これにより白血病細胞の増殖阻害を引き起こせることがわかった。さらに本検討と並行して、細胞内のアシルCoAを活性化してヒストンアシル化を行える新たな触媒を開発した。本触媒は細胞内に存在するアシルCoAの濃度を検知してヒストンアシル化を行うことが可能であり、有用なエピゲノムツールになることを示すことが出来た。

生命由 DNA 和蛋白质等生物分子以及它们之间发生的化学反应组成。一个代表性的例子是蛋白质翻译后修饰（PTM），其中许多是由酶引入的。然而，可以干预生物体的化学反应不必限于酶催化的化学反应。在这项研究中，我们将利用化学催化剂将翻译后修饰，特别是赖氨酸残基的酰化引入到参与基因转录的组蛋白中，这些蛋白在活体生物体中是不存在的，从而操纵细胞的表观基因组，并对细胞的的目的是为了理解。到去年为止，在使用模型蛋白质的研究中，我们开发了由异羟肟酸和二醇组成的催化剂，以及由酰基和苯基硼酸组成的酰基供体，我们能够开发出具有以下特性的蛋白质酰化催化剂系统。上述酰化活性。今年，我们将这种催化系统应用于活细胞中的组蛋白，并进一步将其开发为针对白血病细胞的选择性催化系统。结果表明，通过人工催化剂酰化组蛋白H2BK120可以实现白血病细胞选择性表观基因组操作，从而抑制白血病细胞的增殖。此外，在这项研究的同时，我们开发了一种新的催化剂，可以激活细胞内酰基辅酶A并进行组蛋白酰化。我们能够证明这种催化剂可以检测细胞中酰基辅酶A的浓度并进行组蛋白酰化，使其成为有用的表观基因组工具。