RNAポリメラーゼIIがゲノムDNAを転写する様子を立体構造で可視化~ヒト細胞内のDNAに結合した標的たんぱく質複合体の構造解析法を確立~

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2025-05-28 東京大学,科学技術振興機構

RNAポリメラーゼIIがゲノムDNAを転写する様子を立体構造で可視化~ヒト細胞内のDNAに結合した標的たんぱく質複合体の構造解析法を確立~
ChIP-CryoEM法による細胞内RNAポリメラーゼIIの立体構造の可視化

東京大学定量生命科学研究所の研究チームは、2025年5月28日に発表された研究で、細胞内のタンパク質がどのように機能するかを高精度で解析する新たな手法を開発しました。この手法は、マイクロスケールのビーズを用いてタンパク質の動態をリアルタイムで観察し、細胞の種類や状態に応じたタンパク質の挙動を明らかにするものです。研究では、ナノスケールの解析技術と統計モデルを組み合わせることで、タンパク質の微細な動きを詳細に評価し、細胞内での役割や相互作用を解明しました。この成果は、細胞生物学や分子生物学の分野での基礎研究を進展させるとともに、将来的には疾患の診断や治療法の開発にも貢献することが期待されます。

<関連情報>

ヒト核から単離したRNAポリメラーゼIIのChIP-CryoEM解析による多重構造 Multiple structures of RNA polymerase II isolated from human nuclei by ChIP-CryoEM analysis

Tomoya Kujirai,Junko Kato,Kyoka Yamamoto,Seiya Hirai,Takeru Fujii,Kazumitsu Maehara,Akihito Harada,Lumi Negishi,Mitsuo Ogasawara,Yuki Yamaguchi,Yasuyuki Ohkawa,Yoshimasa Takizawa & Hitoshi Kurumizaka
Nature Communications  Published:28 May 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-025-59580-x

Abstract

RNA polymerase II (RNAPII) is a central transcription enzyme that exists as multiple forms with or without accessory factors, and transcribes the genomic DNA packaged in chromatin. To understand how RNAPII functions in the human genome, we isolate transcribing RNAPII complexes from human nuclei by chromatin immunopurification, and determine the cryo-electron microscopy structures of RNAPII elongation complexes (ECs) associated with genomic DNA in distinct forms, without or with the elongation factors SPT4/5, ELOF1, and SPT6. This ChIP-cryoEM method also reveals the two EC-nucleosome complexes corresponding nucleosome disassembly/reassembly processes. In the structure of EC-downstream nucleosome, EC paused at superhelical location (SHL) -5 in the nucleosome, suggesting that SHL(-5) pausing occurs in a sequence-independent manner during nucleosome disassembly. In the structure of the EC-upstream nucleosome, EC directly contacts the nucleosome through the nucleosomal DNA-RPB4/7 stalk and the H2A-H2B dimer-RPB2 wall interactions, suggesting that EC may be paused during nucleosome reassembly. These representative EC structures transcribing the human genome provide mechanistic insights into understanding RNAPII transcription on chromatin.

生物工学一般
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