Functional handover from condensin II to cohesin during the establishment of interphase chromosome architecture
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21K06027
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 43010:Molecular biology-related
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
小野 教夫 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 専任研究員 (20291172)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
Fiscal Year 2023: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2022: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
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| Keywords | コンデンシンII / コンデンシンI / コヒーシン / 染色体テリトリー / 染色体腕 / セントロメア / 間期 / テロメア / 間期染色体 / 染色体 / 分裂期直後 |
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| Outline of Research at the Start |
コンデンシンIIは分裂期染色体の構築に中心的な役割を果たすタンパク質複合体である。一方コヒーシンは、コンデンシンIIとよく似た構造をもつタンパク質複合体であるが、姉妹染色分体の接着と間期核のクロマチン構造の確立に関与する。本研究では分裂期直後のG1期核内のセントロメアと染色体の再配置に着目し、この過程でコンデンシンIIとコヒーシンの役割がいかにして適切に継承されるのかを明らかにする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
コンデンシンは分裂期染色体の構築に中心的な役割を果たすタンパク質複合体である。このうちコンデンシンIIは分裂期以外でも染色体に局在することから細胞周期を通じた役割が予想されている。本研究では昨年度に、コンデンシンIIが分裂期直後のG1期におけるセントロメアの配置と染色体テリトリーの形状と核内での放射状配置の確立に貢献することを明らかにした。今年度は、この過程でコンデンシンとコヒーシンがどのように働いているのかを明らかにするため、これらの局在変化と染色体形態変化を詳細に解析した。その結果、分裂期における染色体構築に中心的な役割を果たすコンデンシンIの除去も染色体テリトリーの形状と核内での放射状配置を部分的に乱すことが分かった。これは、分離が遅れた染色体は、他の染色体が構造変換を開始しても、コンデンシンII除去の場合と同様に棒状の染色体が残されることに起因すると思われた。この結果から、コンデンシンIIによる染色体構造変換が適切なタイミングでおこることが重要だと考えられた。一方、コヒーシンはG1期に入る前に染色体と結合を開始するが、コンデンシンIIを除去してもそのタイミングは変化しなかった。すなわち、コンデンシンIIによる染色体構造変換が起こる前でもコヒーシンは細胞周期のステージ特異的に染色体と結合できることが示された。コンデンシンI除去による染色体テリトリーの異常発生も含めると、分裂期から間期への適切な染色体構造変換はコンデンシンIIとコヒーシンが適切なタイミングで働くことが重要であることが強く示唆された。また、本年度は1Mb以下の染色体構造、すなわちクロマチンループ構造の変化、染色体の長腕と短腕の位置関係、そして染色体の腕内の構造をFISH法で検出する方法を確立した。これらは間期染色体のin situ での構造解析に有効であることが示された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度は細胞学的手法をもちいて、分裂期直後における染色体構造変換において、コンデンシンIIとコヒーシンがどのようなタイミングで働くのかを明らかにすることができた。また、FISH画像を定量的な解析に適用し、染色体形態変化をより客観的にとらえたデータも蓄積している。また、これまで分子レベルで解析されてきたクロマチンのループ構造の変化をFISHによりin situ で可視化することにも成功した。これはコヒーシンの機能解析に有効であるだけでなく、コンデンシンIIや他の因子が、このレベルの大きさのクロマチン構造にどのように、そしてどの場所で貢献するのかを解析するツールとなりうる。さらに、染色体の階層構造を、染色体の長腕と短腕の位置関係、そして染色体の腕内の構造に分けてその変化をFISHで可視化することに成功した。これは「コンデンシンIIからコヒーシンへの機能継承」が細胞周期のどの時期に、どのように起こるのかを解析する上で有効である。手法の確立にやや時間をとられたきらいはあるものの、重要な知見が得られたことも含め総合的に鑑みると概ね順調に進展していると判断される。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの結果から、分裂期直後の間期核内の染色体構造の確立において、コンデンシンIIとコヒーシンが適切なタイミングで働くことが重要であることが明らかになった。両者の機能継承の結果、適切なタイミングで変換された構造をもつ染色体の受け渡しが担保されると推察された。このように間期染色体構造の確立に対しては一定の答えが見出されたkとから、今後は一旦形成された間期核における染色体構造とテリトリーの維持にコンデンシンIIとコヒーシンがどのように貢献するのか解析を進める。これには、申請者が確立した、FISH法を基盤として画像解析を組み合わせた解析方法をもちいる。これによって、G1期で明らかにされたコンデンシンIIとコヒーシンの関係が間期の進行中に維持されるのか、あるいは変化するのかを明らかにすることができると考えている。これらの研究によって、間期核内の染色体構造の確立と維持におけるコンデンシンIIとコヒーシンの役割に対する理解を深め、細胞周期全体における間期染色体の構造の制御の位置付けに対して統合的なモデルを提唱したい。
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Report
(2 results)
Research Products
(5 results)
