遺伝子制御に関わる液滴形成のメカニズムに新知見 -ヒストン修飾の「場所」による機能の違いが、液-液相分離と関係する可能性を示す-

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2026-05-20 産業技術総合研究所

産業技術総合研究所(産総研)と東京科学大学、立命館大学らの研究グループは、ヒストン修飾の「場所」の違いが、DNAとヒストンによる液-液相分離(LLPS)を介した液滴形成を制御することを明らかにした。研究では、ヒストンH3テールとDNAからなるモデル系を用い、アセチル化部位ごとの液滴形成能を実験と分子動力学シミュレーションで解析した。その結果、ヒストンH3中央付近のアセチル化では液滴形成が比較的維持される一方、末端付近のアセチル化では液滴形成が大きく抑制されることを発見した。シミュレーション解析から、アセチル化部位の違いがH3/DNA複合体表面の電荷分布や複合体間ネットワーク形成を変化させ、それが液滴形成能を左右することが示唆された。従来はヒストン修飾の「有無」が注目されてきたが、本研究は「どこが修飾されるか」が相分離制御に重要であることを示した成果である。遺伝子発現異常はがんや神経変性疾患と関係するため、本成果はエピジェネティクスや相分離異常を標的とした創薬・診断技術開発への応用が期待される。

遺伝子制御に関わる液滴形成のメカニズムに新知見 -ヒストン修飾の「場所」による機能の違いが、液-液相分離と関係する可能性を示す-

<関連情報>

ヒストンアセチル化部位と末端との近接性がDNAとの相挙動を左右する Proximity of the Histone-Acetylation Site to the Termini Shapes Phase Behavior with DNA

Masahiro Mimura,Hiroka Sugai,Tomoshi Kameda,Ryo Kitahara,Soichiro Kitazawa,Yoichi Shinkai,Sayaka Ishihara,Ryoji Kurita,and Shunsuke Tomita
Journal of the American Chemical Society  Published: May 7, 2026
DOI:https://doi.org/10.1021/jacs.6c02267

Abstract

Post-translational modifications (PTMs) of histones play a pivotal role in chromatin condensation, with increasingly more evidence pointing to the involvement of liquid–liquid phase separation (LLPS). Here, we report the significant impact of the acetylation site of the N-terminal histone H3 peptide on LLPS with nucleosomal-linker DNA. In our model system, wherein the synthesized H3 peptide and DNA undergo LLPS, acetylation of the H3 peptide significantly inhibits LLPS, with the effects varying markedly depending on the acetylation site; acetylation near the H3 peptide end more strongly inhibits LLPS than acetylation near the H3 peptide center. Through experiments and molecular dynamics (MD) simulations, we show that this phenomenon arises from multiple contributing factors, including differences in the thermal stability of DNA, hydrophobic effects, and charge distribution within the H3 peptide/DNA complexes, which together promote the formation of intercomplex networks. Our findings not only provide fundamental insights that link LLPS-mediated chromatin condensation to biological phenomena depending on the acetylation sites but also suggest novel avenues for site-specific chemical modulation to regulate LLPS, which may, in turn, inspire new strategies in biotechnological applications and materials design.

生物化学工学
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