がん関連タンパク質が予想外の仕組みで染色体に結合することを研究で解明(Cancer-linked protein binds to chromosome in unexpected way, study finds)

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2026-09-14 ペンシルベニア州立大学(Penn State)

ペンシルベニア州立大学の研究チームは、がんとの関連が知られるタンパク質BRD4が染色体に結合する仕組みを、クライオ電子顕微鏡(cryo-EM)による立体構造解析で明らかにした。BRD4は、DNAを収納するヌクレオソームに結合し、遺伝子の発現を制御するタンパク質である。従来は、BRD4のブロモドメインが、アセチル化されたヒストンを認識することが結合に不可欠と考えられていた。しかし今回、BRD4は修飾されたヒストンだけでなく、ヌクレオソーム中のDNAにも直接結合することが判明した。さらに、ヒストンに化学修飾がない場合でも、修飾時とほぼ同程度の結合能を示した。この結果は、BRD4が従来考えられていたより多様な状況で染色体と相互作用する可能性を示す。BRD4の機能理解を深めることで、将来的ながん治療薬の新たな標的や作用機序の開発につながることが期待される。

<関連情報>

BRD4はヒストンとDNAの両方との相互作用を介してヌクレオソームに結合する BRD4 binds the nucleosome via both histone and DNA interactions

Jiang Zhu ∙ Erik M. Leith ∙ Erin N. O’Donnell ∙ … ∙ Cheng-Ming Chiang ∙ Jean-Paul Armache ∙ Song Tan
Molecular Cell   Published: August 6, 2026
DOI:https://doi.org/10.1016/j.molcel.2026.07.012

がん関連タンパク質が予想外の仕組みで染色体に結合することを研究で解明(Cancer-linked protein binds to chromosome in unexpected way, study finds)

Highlights

  • How the BRD4 first bromodomain binds to acetylated nucleosomes is revealed by cryo-EM
  • BRD4 BD1 presents the histone tail for potential interactions with other proteins
  • BRD4-S binds with high affinity to both acetylated and unacetylated nucleosomes
  • Histone H4 acetylation influences the conformation of the BRD4-S/nucleosome complex

Summary

BRD4, a bromodomain and extraterminal (BET) family transcriptional regulator, is believed to be recruited to chromatin via interactions between its tandem bromodomains (BD1 and BD2) and acetylated histone tails. Although extensive studies have explained how individual BRD4 bromodomains bind to acetylated peptides and how BET inhibitors interfere with such interactions, equivalent studies of the full-length BRD4 protein with the nucleosome have been lacking. Our cryo-electron microscopy (cryo-EM) structure of the BRD4 short (BRD4-S) isoform bound to a nucleosome diacetylated on histone H4 shows how BRD4 BD1 engages both the H4 tail and nucleosomal DNA. Unlike other chromatin reader domain/nucleosome structures, BRD4 BD1 presents the acetylated histone tail for potential interactions with additional chromatin proteins. Unexpectedly, our biochemical studies indicate that BRD4 uses basic regions outside of the bromodomains to bind nucleosomes tightly even in the absence of histone acetylation. Our results further show that histone H4 acetylation influences the conformation of the BRD4/nucleosome complex.

細胞遺伝子工学
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