Rapid protein degradation reveals functional coupling between the MCM helicase and cohesin, and their pleiotropic functions

• Project/Area Number: 17K15068
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Research Field: Molecular biology
• Research Institution: National Institute of Genetics
• Principal Investigator: 夏目 豊彰 国立遺伝学研究所, 遺伝メカニズム研究系, 助教 (10435513)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2018: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000); Fiscal Year 2017: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
• Keywords: オーキシンデグロン法 / SMC5/6 / コヒーシン / トポロジカルストレス / MCMヘリカーゼ / SMC5/6複合体 / 細胞周期特異的分解 / タンパク質分解 / MCM2-7ヘリカーゼ / 細胞周期

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、オーキシンデグロン法を駆使し、MCM複製ヘリカーゼや、姉妹染色分体接着因子コヒーシン及び他のSMC複合体の機能と、これら因子の共役の解析を目的とした。まず、昨年度に続いてMCM複製ヘリカーゼやコヒーシンの解析を続けたが、期待に反して興味深い表現型は見つからなかった。一方、コヒーシンとの機能関連があると考えられる、同じくSMC複合体のSMC5/6の解析において興味深い結果が得られたので、SMC5/6の解析を中心に行った。その結果、SMC5/6は複製等の染色体上の反応によって生じる、染色体DNA間の「絡まり」の解消に機能しており、SMC5/6が不活化された場合は、染色体分配の異常、微小核の形成とDNAダメージ発生を伴ったG1期停止を示す事を見出した。また、ゲノム上のSMC5/6の結合部位を解析した結果、セントロメア等の高度なリピート配列や遺伝子密度の高い領域に多く結合し、一部でコヒーシンと共局在する事がわかった。さらに、SMC5/6は染色体上の反応によって生じるDNAの「ひずみ」（スーパーコイル）の調節にも関わる事を示唆する結果を得た。本研究は、未だ論争の的であるSMC5/6の役割が、DNAの「絡まり」や「ひずみ」といったトポロジカルストレスの制御にある事を示した。SMC5/6の異常によって観察される染色体分配異常や微小核の形成は、癌を含め様々な疾患と関連がある。また最近、SMC5/6がB型肝炎ウィルスの感染に対する宿主制限因子である事が報告された。今後は、SMC5/6のさらなる解析に加え、これら疾患の分子機構の解明にも取り組む。本結果に関しては現在論文発表の準備中である。

Research Products

• [Journal Article] Chk1-mediated Cdc25A degradation as a critical mechanism for normal cell-cycle progression (2019)
  • Author(s): Goto H., Natsume T., Kanemaki M.T., Kaito A., Wang S., Gabazza E.C., Inagaki M., Mizoguchi A.
  • Journal Title: Journal of Cell Science Volume: 132
  • DOI: 10.1242/jcs.223123
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Inhibiting the MCM8-9 complex selectively sensitizes cancer cells to cisplatin and olaparib (2019)
  • Author(s): Morii, I., Iwabuchi, Y., Mori, S., Suekuni, M., Natsume, T., Yoshida, K., Sugimoto, N., Kanemaki, MT. and Fujita, M.
  • Journal Title: Cancer Science Volume: 110 Pages: 1044-1053
  • DOI: 10.1111/cas.13941
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Generation of conditional auxin-inducible degron (AID) cells and tight control of degron-fused proteins using the degradation inhibitor auxinole (2019)
  • Author(s): Yesbolatova Aisha、Natsume Toyoaki、Hayashi Ken-ichiro、Kanemaki Masato T.
  • Journal Title: Methods Volume: in press
  • DOI: 10.1016/j.ymeth.2019.04.010
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Dynein-Dynactin-NuMA clusters generate cortical spindle-pulling forces as a multi-arm ensemble (2018)
  • Author(s): Okumura M, Natsume T, Kanemaki MT, Kiyomitsu T
  • Journal Title: eLife Volume: 7
  • DOI: 10.7554/elife.36559.001
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Xrn2 accelerates termination by RNA polymerase II, which is underpinned by CPSF73 activity (2018)
  • Author(s): Eaton Joshua D.、Davidson Lee、Bauer David L.V.、Natsume Toyoaki、Kanemaki Masato T.、West Steven
  • Journal Title: Genes & Development Volume: 32 Pages: 127-139
  • DOI: 10.1101/gad.308528.117
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Ki-67 and condensins support the integrity of mitotic chromosomes through distinct mechanisms (2018)
  • Author(s): Takagi Masatoshi、Ono Takao、Natsume Toyoaki、Sakamoto Chiyomi、Nakao Mitsuyoshi、Saitoh Noriko、Kanemaki Masato T.、Hirano Tatsuya、Imamoto Naoko
  • Journal Title: J. Cell Sci. Volume: 131 Pages: 212092-212092
  • DOI: 10.1242/jcs.212092
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Acute inactivation of the replicative helicase in human cells triggers MCM8-9-dependent DNA synthesis (2017)
  • Author(s): Natsume T, Nishimura K, Minocherhomji S, Bhwmick R, Hickson ID, Kanemaki MT
  • Journal Title: Genes Dev. Volume: advanced online Pages: 816-829
  • DOI: 10.1101/gad.297663.117
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Conditional Degrons for Controlling Protein Expression at the Protein Level (2017)
  • Author(s): Natsume Toyoaki、Kanemaki Masato T.
  • Journal Title: Annual Review of Genetics Volume: 51 Pages: 83-102
  • DOI: 10.1146/annurev-genet-120116-024656
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 染色体制御におけるヒトSMC5/6の独自な役割を探る (2019)
  • Author(s): 夏目 豊彰
  • Organizer: 第36回染色体ワークショップ・第17回核ダイナミクス研究会
• [Presentation] ヒト染色体の維持における第三のSMC複合体「SMC5/6」の独自な機能を探る (2018)
  • Author(s): 夏目 豊彰
  • Organizer: 日本遺伝学会第90回大会
• [Presentation] Elucidating the unique and essential role of human SMC5/6, the yet-to-be-named SMC complex (2018)
  • Author(s): Toyoaki Natsume
  • Organizer: The 11th 3R&3C Symposium
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ゲノムの安定性を維持するためのヒトMCM8-9依存的な複製フォークの再生機構 (2018)
  • Author(s): 夏目 豊彰
  • Organizer: 第41回日本分子生物学会年会
• [Presentation] Acute degradation of the human SMC complexes using the auxin-inducible degron (AID) technology reveals their distinct cell-cycle specific roles (2017)
  • Author(s): Natsume Toyoaki
  • Organizer: SMC Proteins 2017
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Natsume Toyoaki (2017)
  • Author(s): Acute degradation of the human SMC complexes using the auxin-inducible degron (AID) technology reveals their cell-cycle specific roles in maintaining genome stabilit
  • Organizer: Eukaryotic DNA Replication & Genome Maintenance
  • Int'l Joint Research