真核生物のゲノムは、ヒストンなどのタンパク質とクロマチンを形成し、細胞核内に収納されている。このクロマチンの構造が、ゲノム情報発現制御の分子基盤として機能している。また細胞核は高度に組織化･区画化されたダイナミックな構造体であり、この構造と結びついてクロマチンは核内に収納されている。クロマチンの構造に加えて、この核内収納も遺伝情報の発現制御における重要な分子基盤の一つである。このような核の機能構造形成には核膜、核膜孔複合体、核ラミナなどが重要な役割を果たすことが知られている。一方で、核内部の構造やその特性を説明する分子基盤やメカニズムには不明な点が多い。我々は、アクチンに進化的・構造的に関連性を有するアクチン関連タンパク質(actin-related protein; Arp)のいくつかの分子種が細胞核に局在することを見出していたことから、これらの核局在性Arpがクロマチンや細胞核の機能構造形成に関与する可能性を考え、研究を行った。その結果、INO80, SWR1両クロマチンリモデリング複合体、およびNuA4ヒストンアセチル化複合体に含まれる出芽酵母Arp4が、ATP結合を介してこれらの複合体の形成・解離に関与することを示した。また、Arp5, Arp8がINO80複合体の機能に必須な構成因子として、停止した複製フォークの停止再開に関与することを示した(図１)。さらに脊椎動物の核局在性Arpについては、Arp8が分裂期染色体に局在して、染色体分配に関与すること、Arp6がHP1に結合してヘテロクロマチン形成に関与すること、Arp5がDNA損傷修復に関与することなどを明らかにした。特にArp5はDNA損傷に伴う複製fociの形成に必要であることなどから（図２）、細胞核内での複製の場の形成に関与している可能性も考えられる。さらに、これらの研究の過程で、これらの核局在性Arpが、クロマチンドメインの細胞核における空間配置に関与することを見出している。これらのArpの特性についてさらに研究を進めることにより、細胞核内のアーキテクチャーの分子基盤の一つが解明できるものと考えている。

発表論文リスト：

1. Kitayama K, Kamo M, Oma Y, Matsuda R, Uchida T, Ikura T, Tashiro S, Ohyama T, Winsor B, Harata M. “The human actin-related protein hArp5: nucleo-cytoplasmic shuttling and involvement in DNA repair” Exp Cell Res, 315, 206-217 (2009)
2. Shimada K, Oma Y, Schleker T, Kugou K, Ohta K, Harata M*, Gasser SM.* (*corresponding authors) “Ino80 Chromatin Remodeling Complex Promotes Recovery of Stalled Replication Forks.” Curr. Biol., 18, 566-575 (2008)
3. Aoyama N, Oka A, Kitayama K, Kurumizaka H, Harata M. “The actin-related protein hArp8 accumulates on the mitotic chromosomes and functions in chromosome alignment.” Exp Cell Res. 314, 859-868 (2008)
4. Miloshev J, Harata M, and Georgieva M “The nuclear actin-related protein Act3p/Arp4 influences yeast cell shape and bulk chromatin organization” J Cell Biochem. 104, 59-67 (2008)
5. Ogiwara H, Ui A, Kawashima S, Kugou K, Onoda F, Iwahashi H, Harata M, Ohta K, Enomoto T, Seki M. “Actin-related protein Arp4 functions in kinetochore assembly.” Nucleic Acids Res.35, 3109-3117 （2007）
6. Kawashima S, Ogiwara H, Tada S, Harata M, Wintersberger U, Enomoto T, Seki M.“The INO80 complex is required for damage-induced recombination.” Biochem Biophys Res Commun. 355, 835-841 (2007)
7. Ohfuchi, E., Kato, M., Sasaki, M., Sugimoto, K., Oma, Y., and Harata, M* “Vertebrate Arp6, a novel nuclear actin-related protein, interacts with heterochromatin protein 1” Eur. J. Cell Biol. 85, 411-421 (2006)
8. Nishiyama, A., Kaneko, J., Harata, M., and Kamio, Y. “Assembly of staphylococcal leukocidin into a pore-forming oligomer on detergent-resistant membrane microdomains, lipid rafts, in human polymorphonuclear leukocytes.” Biosci Biotechnol Biochem. 70, 1300-1307 (2006)
9. Sunada R, Goerzer I, Oma Y, Yoshida T, Suka N, Wintersberger U, and Harata M* “The nuclear actin-related protein Act3p/Arp4p is involved in the dynamics of chromatin modulating complexes” Yeast 22, 753-768 (2005)
10. Ueno, M., MuraseT., Kibe, T., Ohashi, N., Tomita, K., Murakami, Y., Uritani, M., Ushimaru, T. and Harata, M. “Fission yeast Arp6 is required for telomere silencing but functions independently of Swi6” Nucleic Acids Res. 32, 736-741 (2004)
11. Osada, M., Harata, M., Kishida, M., and Kijima, A. “Molecular cloning and expression analysis of vitellogenin in scallop, Patinopecten yessoensis (Bivalvia, Mollusca)” Mol. Reprod. Dev.67, 273-281 (2004)

著書・総説

1. 原田昌彦、大山隆「DNA複製と遺伝子発現」ベーシックマスター生化学　大山隆監修　オーム社 (2008)
2. Harata M., Ohfuchi E., Oma Y “Nulcear actin-related proteins involved in the organization of euchromatin and heterochromatin”in DNA structure, chromatin, and gene expression eds. Shimizu M and Kiyama R. Transworld Research Network Inc. (2006)
3. Harata M. “Actin-related proteins involved in nuclear and chromatin dynamics” In: Nagata, S. and Takeyasu, K. (ed) Nuclear Dynamics: Approaches from Biochemistry, Molecular Cell Biology, and Visual Biology, Springer-Verlag Tokyo, Inc., Tokyo (2006)
4. 原田昌彦、北山久美子、尾間由佳子「核の構造とその分子基盤」蛋白質核酸酵素　51, 591-599(2006)
5. 原田昌彦　「クロマチン」蛋白質核酸酵素　51, 1943-1949(2006)
6. 原田昌彦　「翻訳の調節」ベーシックマスター　分子生物学　東中川徹、大山隆、清水光弘（編）オーム社 (2006)
7. 原田昌彦　「クロマチンレベルの転写制御機構」細胞核の分子生物学　水野重樹（編）朝倉書店 (2005)
8. 原田昌彦、尾間由佳子　「核内アクチンファミリーの分子機能」竹安邦夫、米田悦啓（編）細胞核のダイナミクスシュプリンガー・フェアラーク東京　pp177-186 (2004)