名古屋大学環境医学研究所

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ゲノム動態制御分野（分子機能薬学）
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教員紹介

教授
益谷　央豪
MASUTANI, Chikahide
准教授
増田　雄司
MASUDA Yuji
助教
金尾　梨絵
KANAO, Rie
メンバー
ラボメンバー

研究内容

ゲノムDNAは、環境中の紫外線や種々の化合物、あるいは細胞自身の代謝産物などにより、絶えず損傷を受け続けています。DNA損傷は転写や複製などの正常なDNA代謝を妨げて、細胞死の原因となり、また、染色体異常や突然変異を誘発して、癌化や老化の原因となると考えられます。しかし、健常人の細胞は、細胞周期チェックポイントやDNA修復機構、さらには、DNA損傷トレランス機構と呼ばれるDNA複製阻害を解消する機構など、多重のDNA損傷応答機構を備えており、DNA損傷による弊害は未然に防がれています。一方で、某かのDNA損傷応答機構に異常があるためにゲノムの安定性が損なわれ、高頻度発癌や早期老化、その他の様々な生理機能の異常を呈する遺伝疾患が多数知られています。当研究室では、DNA損傷応答機構の解明を通じて、ヒト細胞のゲノム動態制御機構を包括的に明らかにし、癌を始めとするゲノムの不安定性を伴う疾患や老化の理解に資することを目的として以下のような研究を行っています。

  1. 損傷乗り越えDNA合成（TLS: translesion synthesis）の分子機構及びその制御機構の解明
    TLSはDNA損傷トレランスの１つの経路です。ゲノム不安定性遺伝疾患の１つである色素性乾皮症バリアント群(XP-V)は紫外線に高い感受性を示し、高頻度で皮膚癌を発症します。我々のグループではXP-Vの責任遺伝子産物が、紫外線損傷を鋳型としてDNA損傷を乗り越えてDNA複製を行うDNAポリメラーゼ・イータ(Polη)であることを発見しました。これ以降、様々な生物種で一群の類似のDNAポリメラーゼが同定され、TLS研究は大きく発展してきました。我々は、ヒトPolηが、紫外線損傷の正確な乗り越え複製を担う機能構造基盤を明らかにし、一方で、誤りがちなDNA合成酵素としてゲノムの多様化に寄与することなどを明らかにしてきました。また、Polηは紫外線損傷に対する正確なTLSを担う一方で、誤りがちなDNAポリメラーゼであるため、生体内で厳密な制御を受けると考えられます。また、ヒト細胞は、複数のTLSポリメラーゼを備えていますがそれらを使い分ける機構もまだほとんど明らかになっていません。我々は、Polηを中心としたTLSの制御機構の研究をタンパク質間相互作用や翻訳後修飾に着目して進めています。
  2. ヒト細胞におけるDNA損傷トレランス機構の解明
    細胞内にはTLS以外にもDNA複製阻害を解消するメカニズムがあると考えられていますが、ヒト細胞ではTLS以外の経路についての分子メカニズムはまだよくわかっていません。我々はヒト細胞内におけるTLS以外のDNA損傷トレランスのメカニズムの解明にも取り組んでいます。PolηによるTLSの寄与が大きい紫外線損傷に加え、キノコ毒のイルジンS損傷や脱塩基部位などに対するDNA損傷トレランス機構の解析を進めています。当研究室でDNA損傷トレランスに関与することを明らかにしたRFWD3や、ユビキチン化の詳細な分子メカニズムを明らかにしたHLTFなどのDNA損傷トレランス因子の解析を細胞生物学的、生化学的手法を用いて進め、ヒト細胞のDNA損傷トレランスの全容を明らかにすることを目指しています。
  3. DNA損傷トレランス機構をターゲットとした創薬研究
    がん細胞の増殖とDNA損傷トレランスの関係に着目し、DNA損傷トレランス機構をターゲットとした抗がん剤の開発を念頭に研究を進めています。基礎研究の成果を創薬に生かすことを常に念頭においています。
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研究業績

  • Sugimoto Y, Masuda Y, Iwai S, Miyake Y, Kanao R, Masutani C. Novel mechanisms for the removal of strong replication-blocking HMCES- and thiazolidine-DNA adducts in humans. Nucleic Acids Res. gkad246, 2023.
  • Kanao R, Kawai H, Taniguchi T, Takata M, and Masutani C. RFWD3 and translesion DNA polymerases contribute to PCNA modification–dependent DNA damage tolerance. Life Sci Alliance 5: e202201584, 2022.
  • Masuda Y, Saeki Y, Arai N, Kawai H, Kukimoto I, Tanaka K, Masutani C. Stepwise multipolyubiquitination of p53 by the E6AP-E6 ubiquitin ligase complex. J Biol Chem 294: 14860-14875, 2019.
  • Masuda Y, Kanao R, Kawai H, Kukimoto I, Masutani C. Preferential digestion of PCNA-ubiquitin and p53-ubiquitin linkages by USP7 to remove polyubiquitin chains from substrates. J Biol Chem. 294: 4177-4187, 2019.
  • Masuda Y, Mitsuyuki S, Kanao R, Hishiki A, Hashimoto H, Masutani C. Regulation of HLTF-mediated PCNA polyubiquitination by RFC and PCNA monoubiquitination levels determines choice of damage tolerance pathway. Nucleic Acids Res. 46: 11340-11356, 2018.
  • Kashiwaba S, Kanao R, Masuda Y, Kusumoto-Matsuo R, Hanaoka F, Masutani C. USP7 is a suppressor of PCNA ubiquitination and oxidative-stress-induced mutagenesis in human cells. Cell Reports, 13: 2072-2080, 2015.
  • Masuda Y, Kanao R, Kaji K, Ohmori H, Hanaoka F, Masutani C. Different types of interaction between PCNA and PIP boxes contribute to distinct cellular functions of Y-family DNA polymerases. Nucleic Acids Research, 43: 7898-7910, 2015.
  • Kanao R, Masuda Y, Deguchi S, Yumoto-Sugimoto M, Hanaoka F, Masutani C. Relevance of Simultaneous Mono-Ubiquitinations of Multiple Units of PCNA Homo-Trimers in DNA Damage Tolerance. PLoS One, 10(2):e0118775, 2015.
  • Masutani C, Kusumoto R, Yamada A, Dohmae N, Yokoi M, Yuasa M, Araki M, Iwai S, Takio K, Hanaoka F. The XPV (xeroderma pigmentosum variant) gene encodes human DNA polymerase eta. Nature, 399: 700-704, 1999.
  • Masutani C, Araki M, Yamada A, Kusumoto R, Nogimori T, Maekawa T, Iwai S, Hanaoka F. Xeroderma pigmentosum variant (XP-V) correcting protein from HeLa cells has a thymine dimer bypass DNA polymerase activity. EMBO J. 18: 3491-3501, 1999.
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      著書・総説
      • Masuda Y, Masutani C. Spatiotemporal regulation of PCNA ubiquitination in damage tolerance pathways. Crit Rev Biochem Mol Biol. 54: 418-442, 2019.
      • Kanao R, Masutani C. Regulation of DNA damage tolerance in mammalian cells by post-translational modifications of PCNA. Mutat Res Fund Mol Mech Mutagen 803-805: 82-88, 2017.
      • Masuda Y, Hanaoka, F, Masutani, C. Translesion DNA Synthesis and Damage Tolerance Pathways. Fumio Hanaoka • Kaoru Sugasawa Editors, DNA Replication, Recombination, and Repair, Molecular Mechanisms and Pathology. Chapter 11 249-304, Springer Japan 2016
      • Masutani C, Hanaoka F, Ahmad SI. Xeroderma pigmentosum variant: its product and biological roles. Adv. Exp. Med. Biol., 637: 93-102, 2008.
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