遺伝子のスイッチOFFに関わるヒストンのメチル化酵素の活性を制御する新たな仕組みを発見

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2025-09-22 基礎生物学研究所,総合研究大学院大学,東京大学定量生命科学研究所

基礎生物学研究所・総合研究大学院大学・東京大学の共同研究チームは、遺伝子のスイッチOFFに関与するヒストン修飾酵素Clr4/Suv39の活性を調節する新たな仕組みを発見しました。ヘテロクロマチン形成に必須なH3K9メチル化は遺伝子発現抑制に重要ですが、過剰な活性は生命維持に必要な遺伝子まで抑えてしまうリスクがあります。本研究では、Clr4/Suv39の活性が、酵素自身に結合する特定のRNA断片とクロマチンの状態によって抑制されることを解明しました。これにより、細胞は必要に応じて適切な遺伝子のみを沈黙させ、不要な抑制を回避できることが判明。本成果はNature Structural & Molecular Biologyに掲載され、遺伝子発現制御やエピゲノム研究の新たな基盤を提供し、がんや遺伝性疾患の理解にも貢献する可能性があります。

遺伝子のスイッチOFFに関わるヒストンのメチル化酵素の活性を制御する新たな仕組みを発見
図1:ヒストンのメチル化酵素であるClr4内の天然変性領域(IDR)のアミノ酸は触媒ドメインの酵素活性を自己抑制する。IDRがRNAに結合するとその抑制は解除され、脱抑制が起こる。IDRはヌクレオソームに結合し、Clr4によるヌクレオソーム上のH3K9のメチル化を促進する。

<関連情報>

Clr4/Suv39の内在性無秩序領域は、その酵素活性を調節し、ヘテロクロマチン拡散を保証する Intrinsically disordered region of Clr4/Suv39 regulates its enzymatic activity and ensures heterochromatin spreading

Rinko Nakamura, Aki Hayashi, Reiko Nakagawa, Yuriko Yoshimura, Naoki Horikoshi, Hitoshi Kurumizaka, Jun-ichi Nakayama
Nucleic Acids Research  Published:09 September 2025
DOI:https://doi.org/10.1093/nar/gkaf878

Abstract

Methylation of histone H3 at lysine 9 (H3K9me), a hallmark of heterochromatin, is catalyzed by Clr4/Suv39. Clr4/Suv39 contains two conserved domains—an N-terminal chromodomain and a C-terminal catalytic domain—connected by an intrinsically disordered region (IDR). Several mechanisms have been proposed to regulate Clr4/Suv39 activity, but how it is regulated under physiological conditions remains largely unknown. We found that the N-terminus of Clr4 interacts with its C-terminal catalytic domain and represses its enzymatic activity. Detailed biochemical analyses revealed that basic amino acid residues in the IDR are involved in this interaction. Amino acid substitutions of these residues weakened this interaction, thereby promoting Clr4 activity in vitro. Interestingly, cells expressing mutant Clr4 with these substitutions showed a silencing defect, which suggested additional roles of the IDR in vivo. Genetic analysis revealed that the IDR functions in H3K9me spreading and that this activity is functionally linked to the RNAi pathway. We also showed that Clr4 binds to RNAs via the IDR and that RNA attenuates Clr4 autoinhibition in vitro. Furthermore, the IDR was found to contribute to the targeting of nucleosomal substrates in vitro. These results reveal a novel function of the Clr4/Suv39 IDR in regulating its enzymatic activity and heterochromatin spreading.

細胞遺伝子工学
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