2025/11/10 更新

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サトウ コウ 
佐藤 光
Ko Sato
所属
医学部 医学科 生化学 助教
職名
助教
プロフィール
神奈川科学技術アカデミー研究員を経て、現職。
外部リンク

学位

  • 博士(医学) ( 東京大学 )

研究キーワード

  • 遺伝子発現制御

研究分野

  • ライフサイエンス / 機能生物化学

  • ライフサイエンス / 構造生物化学

  • ライフサイエンス / 分子生物学

論文

  • Structure of the human Bre1 complex bound to the nucleosome. 査読 国際誌

    Shuhei Onishi, Kotone Uchiyama, Ko Sato, Chikako Okada, Shunsuke Kobayashi, Keisuke Hamada, Tomohiro Nishizawa, Osamu Nureki, Kazuhiro Ogata, Toru Sengoku

    Nature communications   15 ( 1 )   2580 - 2580   2024年3月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Histone H2B monoubiquitination (at Lys120 in humans) regulates transcription elongation and DNA repair. In humans, H2B monoubiquitination is catalyzed by the heterodimeric Bre1 complex composed of Bre1A/RNF20 and Bre1B/RNF40. The Bre1 proteins generally function as tumor suppressors, while in certain cancers, they facilitate cancer cell proliferation. To obtain structural insights of H2BK120 ubiquitination and its regulation, we report the cryo-electron microscopy structure of the human Bre1 complex bound to the nucleosome. The two RING domains of Bre1A and Bre1B recognize the acidic patch and the nucleosomal DNA phosphates around SHL 6.0-6.5, which are ideally located to recruit the E2 enzyme and ubiquitin for H2BK120-specific ubiquitination. Mutational experiments suggest that the two RING domains bind in two orientations and that ubiquitination occurs when Bre1A binds to the acidic patch. Our results provide insights into the H2BK120-specific ubiquitination by the Bre1 proteins and suggest that H2B monoubiquitination can be regulated by nuclesomal DNA flexibility.

    DOI: 10.1038/s41467-024-46910-8

    PubMed

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  • Structural basis of transcription regulation by CNC family transcription factor, Nrf2 査読

    Toru Sengoku, Masaaki Shiina, Kae Suzuki, Keisuke Hamada, Ko Sato, Akiko Uchiyama, Shunsuke Kobayashi, Asako Oguni, Hayato Itaya, Kota Kasahara, Hirotomo Moriwaki, Chiduru Watanabe, Teruki Honma, Chikako Okada, Shiho Baba, Tsutomu Ohta, Hozumi Motohashi, Masayuki Yamamoto, Kazuhiro Ogata

    Nucleic Acids Research   50 ( 21 )   12543 - 12557   2022年12月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1093/nar/gkac1102

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  • Structural basis of the regulation of the normal and oncogenic methylation of nucleosomal histone H3 Lys36 by NSD2. 査読 国際誌

    Ko Sato, Amarjeet Kumar, Keisuke Hamada, Chikako Okada, Asako Oguni, Ayumi Machiyama, Shun Sakuraba, Tomohiro Nishizawa, Osamu Nureki, Hidetoshi Kono, Kazuhiro Ogata, Toru Sengoku

    Nature communications   12 ( 1 )   6605 - 6605   2021年11月

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    担当区分:筆頭著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Dimethylated histone H3 Lys36 (H3K36me2) regulates gene expression, and aberrant H3K36me2 upregulation, resulting from either the overexpression or point mutation of the dimethyltransferase NSD2, is found in various cancers. Here we report the cryo-electron microscopy structure of NSD2 bound to the nucleosome. Nucleosomal DNA is partially unwrapped, facilitating NSD2 access to H3K36. NSD2 interacts with DNA and H2A along with H3. The NSD2 autoinhibitory loop changes its conformation upon nucleosome binding to accommodate H3 in its substrate-binding cleft. Kinetic analysis revealed that two oncogenic mutations, E1099K and T1150A, increase NSD2 catalytic turnover. Molecular dynamics simulations suggested that in both mutants, the autoinhibitory loop adopts an open state that can accommodate H3 more often than the wild-type. We propose that E1099K and T1150A destabilize the interactions that keep the autoinhibitory loop closed, thereby enhancing catalytic turnover. Our analyses guide the development of specific inhibitors of NSD2.

    DOI: 10.1038/s41467-021-26913-5

    PubMed

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  • A Novel Allosteric Mechanism on Protein-DNA Interactions underlying the Phosphorylation-Dependent Regulation of Ets1 Target Gene Expressions 査読

    Masaaki Shiina, Keisuke Hamada, Taiko Inoue-Bungo, Mariko Shimamura, Akiko Uchiyama, Shiho Baba, Ko Sato, Masaki Yamamoto, Kazuhiro Ogata

    JOURNAL OF MOLECULAR BIOLOGY   427 ( 8 )   1655 - 1669   2015年4月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1016/j.jmb.2014.07.020

    Web of Science

    Scopus

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  • Crystallization of the Ets1-Runx1-CBFβ-DNA complex formed on the TCRα gene enhancer 査読

    Masaaki Shiina, Keisuke Hamada, Taiko Inoue-Bungo, Mariko Shimamura, Shiho Baba, Ko Sato, Kazuhiro Ogata

    Acta Crystallographica Section F:Structural Biology Communications   70   1380 - 1384   2014年10月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1107/S2053230X14018470

    Web of Science

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  • Eukaryotic transcriptional regulatory complexes: cooperativity from near and afar. 国際誌

    Kazuhiro Ogata, Ko Sato, Tahir H Tahirov

    Current opinion in structural biology   13 ( 1 )   40 - 8   2003年2月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    It is characteristic of eukaryotic transcription that a unique combination of multiple transcriptional regulatory proteins bound to promoter DNA specifically activate or repress downstream target genes; this is referred to as combinatorial gene regulation. Recently determined structures have revealed different modes of protein-protein interaction on the promoter DNA from near (e.g. the Runx1-CBFbeta-DNA, NFAT-Fos-Jun-DNA, GABPalpha-GABPbeta-DNA, Ets-1-Pax-5-DNA and PU.1-IRF-4-DNA complexes) and afar with DNA looping (e.g. the c-Myb-C/EBPbeta-DNA complex), and their regulatory mechanisms.

    PubMed

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  • Mechanism of c-Myb-C/EBP beta cooperation from separated sites on a promoter 査読

    TH Tahirov, K Sato, E Ichikawa-Iwata, M Sasaki, T Inoue-Bungo, M Shiina, K Kimura, S Takata, A Fujikawa, H Morii, T Kumasaka, M Yamamoto, S Ishii, K Ogata

    CELL   108 ( 1 )   57 - 70   2002年1月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1016/S0092-8674(01)00636-5

    Web of Science

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  • Crystals of ternary protein-DNA complexes composed of DNA-binding domains of c-Myb or v-Myb, C/EBPalpha or C/EBPbeta and tom-1A promoter fragment. 国際誌

    T H Tahirov, M Sasaki, T Inoue-Bungo, A Fujikawa, K Sato, T Kumasaka, M Yamamoto, K Ogata

    Acta crystallographica. Section D, Biological crystallography   57 ( Pt 11 )   1655 - 8   2001年11月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    c-Myb and the C/EBP family are transcriptional regulatory factors that act in concert to regulate the expression of myeloid-specific genes. v-Myb encoded by avian myeloblastosis virus (AMV) is a mutated form of c-Myb that contains point mutations which disrupt the cooperation with C/EBPs. To understand the mechanism of the transcriptional synergy between c-Myb and C/EBPs and the effect of the v-Myb mutations on that synergy, knowledge based on their three-dimensional structures is essential. Crystals of ternary complexes, in which various combinations of the DNA-binding domains of c-Myb or v-Myb and C/EBPalpha or C/EBPbeta are bound to a DNA fragment from tom-1A promoter, were obtained by the vapour-diffusion method. Complete diffraction data sets were obtained from each native crystal and two types of iodine-derivative crystals. A three-wavelength MAD data set was also obtained from a bromine-derivative crystal.

    PubMed

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  • Crystallization and preliminary X-ray analysis of the C/EBPbeta C-terminal region in complex with DNA. 国際誌

    T H Tahirov, T Inoue-Bungo, M Sasaki, A Fujikawa, K Kimura, K Sato, S Adachi, N Kamiya, K Ogata

    Acta crystallographica. Section D, Biological crystallography   57 ( Pt 6 )   854 - 6   2001年6月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    The C-terminal fragment (residues 259-345) of human C/EBPbeta, a basic region leucine zipper transcriptional regulatory factor which includes the minimal DNA-binding domain, was crystallized in complex with a 16 bp DNA fragment from the tom-1 promoter. The crystals were in the form of a parallelepiped belonging to space group C222(1), had unit-cell parameters a = 100.7 (2), b = 113.5 (1), c = 74.4 (1) A and diffracted to a resolution of 2.1 A. Moreover, truncation of nine residues from the C-terminus not conserved among C/EBP family members yielded isomorphous crystals that diffracted to a resolution of 1.8 A or better. Truncation of 14 residues from the N-terminus of the C-terminal fragment produced well shaped crystals in the form of hexagonal bipyramids, however; unfortunately, they were unstable and diffracted poorly.

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  • Crystallization and preliminary X-ray analyses of quaternary, ternary and binary protein-DNA complexes with involvement of AML1/Runx-1/CBFalpha Runt domain, CBFbeta and the C/EBPbeta bZip region. 国際誌

    T H Tahirov, T Inoue-Bungo, M Sasaki, M Shiina, K Kimura, K Sato, T Kumasaka, M Yamamoto, N Kamiya, K Ogata

    Acta crystallographica. Section D, Biological crystallography   57 ( Pt 6 )   850 - 3   2001年6月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Three types of protein-DNA complexes, AML1/Runx-1/CBFalpha(Runt)-CBFbeta-C/EBPbeta(bZip)-DNA (CBFalpha-beta-C/EBPbeta-DNA), AML1/Runx-1/CBFalpha(Runt)-C/EBPbeta(bZip)-DNA (CBFalpha-C/EBPbeta-DNA) and AML1/Runx-1/CBFalpha(Runt)-DNA (CBFalpha-DNA), were crystallized. The crystals were all orthorhombic and belonged to space groups C222(1), P2(1)2(1)2 and P2(1)2(1)2(1), respectively. The resolutions of CBFalpha-beta-C/EBPbeta-DNA and CBFalpha-C/EBPbeta-DNA crystals were both 3 A, while that of the CBFalpha-DNA crystal was 2.65 A. Complete data sets were collected for all of the native crystals, along with MAD and MIR data sets for CBFalpha-beta-C/EBPbeta-DNA. The heavy-atom site was determined using MAD data for a gold derivative of CBFalpha-beta-C/EBPbeta-DNA.

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  • Structural analyses of DNA recognition by the AML1/Runx-1 Runt domain and its allosteric control by CBF beta (vol 104, pg 755, 2001) 査読

    TH Tahirov, T Inoue-Bungo, H Morii, A Fujikawa, M Sasaki, K Kimura, M Shiina, K Sato, T Kumasaka, M Yamamoto, S Ishii, K Ogata

    CELL   105 ( 2 )   291 - 291   2001年4月

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    記述言語:英語  

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  • Structural analyses of DNA recognition by the AML1/Runx-1 runt domain and its allosteric control by CBFβ

    Tahir H. Tahirov, Taiko Inoue-Bungo, Hisayuki Morii, Atsushi Fujikawa, Motoko Sasaki, Kazumi Kimura, Masaaki Shiina, Ko Sato, Takashi Kumasaka, Masaki Yamamoto, Shunsuke Ishii, Kazuhiro Ogata

    Cell   104 ( 5 )   755 - 767   2001年3月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1016/S0092-8674(01)00271-9

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共同研究・競争的資金等の研究課題

  • 血液がんに関わるMMSETとヌクレオソーム複合体のクライオ電顕による構造解析

    研究課題/領域番号:20K08717  2020年4月 - 2023年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 基盤研究(C)  基盤研究(C)

    佐藤 光

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    配分額:4420000円 ( 直接経費:3400000円 、 間接経費:1020000円 )

    本研究は、遺伝子転写を正に調節するヌクレオソーム修飾酵素MMSETの異常な活性亢進によって多発性骨髄腫(MM)や急性リンパ性白血病(ALL)が引き起こされるメカニズムの解明を目的とした、クライオ電子顕微鏡によるMMSET-ヌクレオソーム複合体の高解像度での立体構造決定を行う。
    これまでの予備実験において低解像度(約8Å)のMMSET-ヌクレオソーム複合体の立体構造が得られていた。本年度はさらなる高解像度のデータ取得を目的として、試料緩衝液の塩濃度、試料濃度、試料グリッド作製条件などを含めた試料調製方法全般の最適化や、予備実験で用いていた200kVの加速電圧を持つクライオ電子顕微鏡Talos Arcticaから、より高出力(300kV)の Titan Kriosに測定装置を変更してデータを取得し解析を行った。その結果、アミノ酸側鎖が観測可能な解像度(2.8Å)まで解像度が向上した。得られた高解像度の立体構造から、MMSETはヌクレオソームと複合体を作ることによって単体構造から大きく構造変化を起こしていること、ヌクレオソーム単体構造と比較してDNAが一部はがれていること、またDNAがはがれたヌクレオソーム部分にMMSETが入れ替わるように結合していることがわかった。
    本研究で用いたMMSETはヒストンH3の36番目のリジンをメチル化する活性が異常亢進をしているガン化変異体(1099番目のグルタミン酸がリジンに変異)である。得られた複合体の高解像度の立体構造から、なぜ1アミノ酸の変異によって酵素の活性が異常亢進しているのかを解明するために、様々なアミノ酸変異体の作製及び活性の測定や、分子動力学的な手法を用いたシミュレーションを現在行っている。

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  • 遺伝子発現制御におけるDECODE複合体の分子作用機構の解析

    研究課題/領域番号:17054033  2005年 - 2009年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 特定領域研究  特定領域研究

    緒方 一博, 椎名 政昭, 浜田 恵輔, 佐藤 光, 佐藤 光, 椎名 政昭, 浜田 恵輔

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    配分額:105600000円 ( 直接経費:105600000円 )

    特異的転写は、高次転写因子タンパク質-DNA複合体によって制御を受ける。本研究では、Ets1-Runx1-CBFβ-DNA複合体の分子構造を解析し、複合体の安定化機構が、DNAを介したアロステリック制御であることを見いだした。この制御様式は、様々な転写因子-DNA複合体においても適用可能であり、ある程度の一般性を持つと考えられた。さらに、転写因子-DNA複合体形成に与える転写因子の化学修飾の役割が、複合体を構成する他の転写因子タンパク質によって調節を受けていることを、その分子機構とともに明らかにした。

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  • 分子構造の動的および静的側面から見た転写制御機構に関する研究

    研究課題/領域番号:16370051  2004年 - 2005年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 基盤研究(B)  基盤研究(B)

    緒方 一博, 佐藤 光, 椎名 政昭, 浜田 恵輔

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    配分額:15300000円 ( 直接経費:15300000円 )

    本研究では、血球分化に関わる転写制御因子Runx1,CBFβおよびEts1等を中心に、これらの標的プロモーター(エンハンサー)における活性制御機構を解析するために、X線結晶構造解析、核磁気共鳴法による分子の揺らぎの解析、および表面プラズモン法や培養細胞による転写活性化実験等の機能実験を行った。
    DNA結合性の転写制御因子Runx1の活性は、DNA非結合性の転写制御因子CBFβによってアロステリックに制御されている。CBFβ存在下および非存在下におけるRunx1-DNA複合体中でのRunx1の揺らぎをNMRを用いて解析した。また、動的構造解析から、制御にとって重要であると予想される残基に変異を導入し、生化学的機能を解析した。その結果、Runx1の分子の揺らぎの変化が、転写制御因子の機能制御と密接に関連することを見出した。
    複数の転写制御因子による協調的DNA結合活性制御機構および転写制御因子の化学修飾による転写制御因子複合体形成への影響を解析するため、T細胞抗原受容体α鎖のエンハンサーに形成される、Runx1-CBFβ-Ets1-DNA複合体およびRunx1-CBFβ-リン酸化Ets1-DNA複合体の形成機構について、X線結晶構造解析による静的構造解析と、ゲルシフトアッセイおよび転写活性化実験による機能解析を行い、Runx1およびEts1の転写制御領域と制御様式を詳細に決定した。

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  • 造血系転写調節因子の活性調節機構の分子構造学的研究

    研究課題/領域番号:14380296  2002年 - 2003年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 基盤研究(B)  基盤研究(B)

    緒方 一博, 佐藤 光

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    配分額:16200000円 ( 直接経費:16200000円 )

    本研究は,プロモーターDNA上で転写制御因子がどのような作用機序によって,標的遺伝子の転写活性を調節しているのかを解明する事を目標とした。転写制御因子による転写調節においては,1)DNA上で複数の転写制御因子が相互作用することによる転写制御因子-DNA複合体の安定化,および2)DNAの変形を伴う転写制御因子高次会合体の形成の2点が,機能発現上重要であると考えられる。我々は造血細胞の分化や白血病発症に関連する転写制御因子Runx1,CBFβ,c-Myb, C/EBPβ,c-Ets1などに着目し,プロモーターDNA上で協調的に転写を調節する系について,構造化学的および生化学的側面から研究し,構造活性相関の解析を行った。
    1)については、すでに報告したRunx1-DNAおよびRunx1-CBFβ-DNA複合体のX線結晶構造解析から推定された、Runx1-DNA複合体のCBFβによるアロステリックな安定化機構を証明するため、核磁気共鳴法により分子の揺らぎを直接観測した。その結果、CBFβによるRunx1の安定化機構において、特定の時間スケールでのRunx1分子の揺らぎの制御が重要な役割を果していることが明らかになった。また、c-Ets1-Runx1-DNA複合体形成機構およびそれに対するc-Ets1のリン酸化の関与について、詳細な生化学的解析と転写活性化実験を行い、c-Ets1の活性制御領域の決定とプロモーターDNA上でのRunx1とc-Ets1の立体特異性、リン酸化による分子の構造の変化など多くの知見を得た。
    2)については、c-Myb-C/EBPβ-DNA3者複合体のX線結晶構造解析を行い、機能実験と原子間力顕微鏡による形態観察を組み合わせることによって、世界で初めて真核生物におけるDNAのループ形成と転写活性化との関連を明らかにした。さらにがん化型変異体v-MybがDNAループ形成を伴った高次会合体形成不全を引き起こすことを見出し、発がんにおける構造的基盤となる知見を得ることが出来た。

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  • 複数の転写調節因子による協調的な遺伝子転写制御機構に関する研究

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    資金種別:競争的資金

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