本研究は、遺伝子やゲノムを細胞核に機能的に折り畳むためのDNAの高次構造や物性、あるいは未知の機構を解明することを目的とした。研究成果を対象別に述べる。

［DNA高次構造］我々は、負の超らせんを擬態した人工ベントDNA（T20）がHeLa細胞やCOS-7細胞内で局所的にクロマチンを規定して転写を活性化できることを解明していた。本研究ではマウスES細胞を用いて、未分化細胞におけるT20の機能、および細胞分化に伴うT20の機能変化について解析した。その結果、T20は、基本的にマウスES細胞のゲノム内でも転写を活性化できることと、同細胞を肝細胞に分化させてもその機能を保持していることが明らかになった。　また、ベントDNAにより活性化した外来遺伝子が核内のどこに局在しているかを、lacO/LacI-GFP法により可視化して解析した。その結果、HeLa細胞、マウスES細胞、マウスES細胞から分化した肝細胞のいずれにおいても、核周縁部に局在していることが示唆された。この他、遺伝子発現を数倍活性化できる十字架構造と、約25倍活性化できるZ型DNA構造を、それぞれ見出した。

［DNA物性］真核生物ゲノムの柔軟性を短時間で解析できるコンピュータプログラムを開発した。そして、出芽酵母のORFは遺伝子間領域よりも柔らかいDNAでできていることを解明した。さらに、ヒト、チンパンジー、マウス、ショウジョウバエ、線虫、酵母、シロイヌナズナの各ゲノムの柔軟性を3bpまたは4 bp単位で解析し、各ゲノムの全長に渡るDNAの柔軟性地図を完成させた。そして、どのゲノム上にも極めて柔軟な特性をもつ小領域（SPIKEと命名）が分布していることを発見した。

［新規の機構］二本鎖DNAが自己集合できることを、AFMを用いて証明した。さらに、試験管内で再構成したヌクレオソームの混合溶液を解析した結果、同じDNAをもつヌクレオソーム同士が集合する傾向があることが示唆された。

発表論文リスト：

1. Fukue, Y., Sumida, N., Tanase, J. and *Ohyama, T. A highly distinctive mechanical property found in the majority of human promoters and its transcriptional relevance. Nucl. Acids Res.,33: 3821-3827 (2005)
2. Okabe, T., Iwakiri, Y., Mori, H., Ogawa, T. and *Ohyama, T. An S-like ribonuclease gene is used to generate a trap-leaf enzyme in the carnivorous plant Droseraadelae. FEBS Lett.,579: 5729-5733 (2005)
3. Matsugami, A., Tani, K.,Ouhashi, K.,Uesugi, S., Morita,M., Ohyama, T. and *Katahira, M. Structural Property of DNA that migrates faster in gel electrophoresis,as deduced by CD spectroscopy. Nucleosides, Nucleotides and Nucleic Acids,25: 417-425 (2006)
4. Sumida, N., Nishikawa, J.,Kishi, H., Amano, M.,Furuya, T.,Sonobe, H. and *Ohyama, T. A designed curved DNA segment that is a remarkable activator of eukaryotic transcription. FEBS J.,273: 5691-5702 (2006)
5. *Tsuji, I., Mitani, T.,Mitsuhashi, A., Watanabe, Y., Hosoi, Y. and Hoshiai, H.Inhibition of Oct4 expression in mouse preimplantation embryos using morpholino antisense oligonucleotides. Tohoku J. Exp. Med.,208: 333-342 (2006)
6. Inoue, S., Sugiyama, S., Travers, A.A. and *Ohyama, T.Self-assembly of double-stranded DNA molecules at nanomolar concentrations. Biochemistry,46: 164-171 (2007)
7. *Kamiya, H., Fukunaga, S., Ohyama, T. and Harashima, H. The location of the left-handedly curved DNA sequence affects exogenous DNA expression invivo. Arch. Biochem. Biophys., 461: 7-12 (2007)
8. Sumida, N., Sonobe, H. and *Ohyama, T. Chromatin structure formed on a eukaryotic promoter activated by a left-handed superhelical bent DNA of 180 bp. J. Adv. Sci., 19: 22-28 (2007)
9. Kimura, H. and *Ohyama, T.A common mechanical property shared by yeast nucleosomalDNAs. J. Adv. Sci.,20, 37-40 (2008)
10. Kitayama, K., Kamo, M., Oma, Y., Matsuda, R., Uchida, T., Ikura, T., Tashiro, S., Ohyama,T., Winsor, B. and*Harata M. The human actin-related protein hArp5: nucleo-cytoplasmic shuttling and involvement in DNA repair. Exp. Cell Res.,315, 206-217 (2009)
11. *Yokota, T., Sasaguri, H., Saito, Y., Yamada, H., Unno, T., Yamamoto, Y., Kubodera, T., Anzai, M., Mitani, T. and Mizusawa, H. Transgenic siRNA increases the disease duration of ALS in a mouse model.Arch. Neurol.,64: 145-146 (2007)
12. Kawasumi, M., Anzai, M., Takehara, T.,Mitani, T., Kato, H., Saeki, K., Iritani, A., Matsumoto, K. and *Hosoi, Y. Abnormal distribution of chromosomes in the first division of nuclear transferred mouse embryos. J. Reprod. Dev.,53: 615-622 (2007)
13. Teramura, T., Takehara, T., Kawata, N., Fujinami, N., Mitani, T., Takenoshita, M., Matsumoto, K., Saeki, K., Iritani, A., Sagawa, N. and *Hosoi, Y. Primate embryonic stem cells proceed to early gametogenesis in vitro. Cloning and Stem Cells,9: 144-156 (2007)
14. Matsuoka, T., Sato, M., Tokoto, M., Shin, S-W., Uenoyama, A., Ito, K., Hitomi, S., Amano, T., Anzai, M., Kato, H., Mitani, T., Saeki, K., Hosoi, Y., Iritani, A. and *Matsumoto, K. Identification of ZAG1, a novel protein expressed in mousepreimplantation, and its putative roles in zygotic activation.J. Reprod. Dev., (2008) (Published on line)
15. Tsunemoto, K., Anzai, M., Matsuoka, T., Tokoro, M., Shin, S-W., Amano, T., Mitani, T., Kato, H., Hosoi, Y., Saeki, K., Iritani, A. and *Matsumoto, K. Cis-acting elements (E-box and NBE) in the promoter region of three maternal genes (Histone H1oo, Nucleoplasmin 2, and Zygote Arrest 1) are required for oocyte-specific gene expression in the mouse.Mol. Reprod. Dev.,(2008) (Published on line)

総説

1. Asayama, M. and *Ohyama, T. Curved DNA and prokaryotic promoters: a mechanism for activation of transcription. In Ohyama, T. (ed.), DNA Conformation and Transcription. Springer (New York), 37-51 (2005)
2. *Ohyama, T. Curved DNA and transcription in eukaryotes. In Ohyama, T. (ed.), DNA Conformation and Transcription. Springer (New York), 66-74 (2005)
3. *Ohyama, T. The role of unusual DNA structures in chromatin organization for transcription. In Ohyama, T. (ed.), DNA Conformation and Transcription. Springer (New York), 177-188 (2005)
4. *Ohyama,T., Sumida, N.,Tanase, J, Inoue, S.and Okabe, T. Genetic information carried in DNA conformation and properties. In Kiyama, R. and Shimizu, M. (eds.), DNA Structure, Chromatin and Gene Expression. Transworld Research Network (Kerala), 71-84 (2006)
5. *Ohyama T. Regulation of chromatin structure by curved DNA: how activator binding sites become accessible. In Nagata, K. and Takeyasu, K. (eds.), Nuclear Dynamics-Molecular Biology and Visualization of the Nucleus. Springer-Verlag (Tokyo), 227-238 (2007)
6. *大山隆. DNAの高次構造と物理的特性に印された遺伝情報.蛋白質核酸酵素,53: 1-11 (2008)