【学位論文審査の要旨】
１ 研究の目的
遺伝情報を担う長大なゲノムDNAは、DNA自身の超螺旋構造、ヌクレオソームを最小単 位として形成されるクロマチン構造、高次の折りたたみや核内配置などの３次元的構造と いった階層構造をとって核内に格納されている。このような階層構造は、遺伝情報の読み 出し（転写）や複製、継承に大切な働きをしていることが明らかとなっているが、その制 御機構や階層間の関係性について未解明である。ゲノムDNAの階層構造（DNA超螺旋構 造、クロマチン構造、高次ループ構造）による転写の制御機構を明らかにする目的で、本 学位論文において、グルコース饑餓に応答し活性化する分裂酵母fbp1遺伝子をモデルシス テムとして解析し、DNA超螺旋構造によるクロマチン構造制御と、高次ループ構造を介し た、転写因子の結合制御の機構について解明した。
２ 研究の方法と結果
２．１ DNA超螺旋構造によるクロマチン構造制御の解析
DNA 超 螺 旋 構 造 を 解 消 す る ト ポ イ ソ メ ラ ー ゼ(I 型 Topoisomerase(Top1)と II 型 Topoisomerase(Top2))を過剰発現させた。Top1もしくはTop2過剰発現細胞でのfbp1遺伝 子上流領域のヌクレオソーム配置パターンを、ヌクレオソームマッピング法で定量的に解 析し、トポイソメラーゼ過剰発現によりヌクレオソームの配置が、本来の規則正しい整列 に対し、結合位置が揺らいだ構造となっており、ヌクレオソーム構造が不安定化されてい ることが判明した。この結果から、DNA超螺旋構造がヌクレオソームの安定形成に重要な 働きをしていることが示唆された。このDNA超螺旋構造は、この領域で起こっているRNA 転写を担っている RNA ポリメラーゼの通過による可能性を検討した。この目的で、RNA ポリメラーゼの働きを阻害する、フェナントロリンと呼ばれる化合物を細胞に暴露させた。
フェナントロリン処理の結果、ヌクレオソーム整列が乱れを検出し、RNA合成がヌクレオ ソーム形成の安定化に貢献することが示唆された。RNA ポリメラーゼの阻害で、DNA 超 螺旋構造の維持ができなくなり、ヌクレオソーム構造異常につながった可能性を考え、ト ポイソメラーゼを欠損した細胞で、同様のフェナントロリン処理を行った。その結果、フ ェナントロリン処理によるヌクレオソーム形成への影響は限定的であった。これらの結果 を総合し、RNA合成によって引き起こされるDNA 超螺旋構造形成と、トポイソメラーゼ によるDNA超螺旋構造の解消が拮抗して、ヌクレオソーム構造形成を制御するという新し い制御機構を明らかにした。
２．２ 高次ループ構造を介した、転写因子の結合制御の機構の解析
浅田氏が修士課程までに行った、自らの先行研究で明らかにしていた、転写因子（Atf1, Rst2
及びPhp2-5）の fbp1 上流領域での結合パターンから、上流領域に存在する２つの転写因 子結合部位(UAS1とUAS2)が近接した構造のループ構造を、転写活性化に先立って形成し ている可能性を見出していた。この可能性を検討するため、3C-assayと呼ばれるゲノム中 に２箇所の相互作用を検出する実験を行なった。その結果、グルコース飢餓後（fbp1 活性 化条件）においてUAS1とUAS2が接近したループ構造を形成していることが明らかとな った。このループ構造形成は、クロマチン再編成ができない細胞（snf22∆/hrp3∆）では見 られないことから、クロマチン構造変化の後に誘導されることが明らかとなった。UAS1 やUAS2に結合する転写因子（Php2-5, Rst2）を欠損するとこのループ構造形成が不良と なることから、これら因子がループ構造の維持に必要であると結論した。このループ構造 形成が不良の細胞では、各転写因子の結合が乱れ、適切な転写誘導が見られないことから、
ループを介した転写因子のデリバリーが転写因子の適切な結合順序の制御を介して、転写 の精密制御に関わることを明らかにした。さらに、このような高次構造を介した制御をバ イパスし、転写因子を強制的に結合部位に動員すると、適切な転写応答がなくなることか ら、上記のようなループ構造を介した転写因子のデリバリー機構は、転写の精密制御に必 須の働きをしていることを発見した。このような、転写因子の結合制御機構はこれまでに 報告例がなく、新規の分子メカニズムである。
３ 審査の結果
浅田氏は、上記の博士論文の研究で、DNA超螺旋構造によるクロマチン構造制御の新機構 を発見した。さらに、局所的に形成される高次ゲノム構造による転写因子結合の精密な制 御機構を明らかにし、国際的評価の高いNucleic Acids Research誌に発表をしている。口 頭試問試験を、上記論文審査委員４名で２０１８年１月１６日に実施し、浅田氏の研究者 としての能力を検査し、博士（理学）の学位を取得するのに十分研究能力を持っていると 評価した。
４ 最終試験の結果
上記口頭試問試験の合格を受け、最終試験を２０１８年１月２３日に実施した。浅田氏に よる４０分間の研究発表に続く２０分間の質疑応答を行い、１４名の分子物質化学研究科 教授会メンバーによる評価を行った。その結果、評価者１４名全員が合格と判断した。以 上の分子物質化学研究科における審査の結果、浅田隆大氏を合格と判断した。
