Comprehensive understanding for centromeres and kinetochores

• Project/Area Number: 22H00408
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Medium-sized Section 43:Biology at molecular to cellular levels, and related fields
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 深川 竜郎 大阪大学, 大学院生命機能研究科, 教授 (60321600)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥42,900,000 (Direct Cost: ¥33,000,000、Indirect Cost: ¥9,900,000); Fiscal Year 2024: ¥12,350,000 (Direct Cost: ¥9,500,000、Indirect Cost: ¥2,850,000); Fiscal Year 2023: ¥12,350,000 (Direct Cost: ¥9,500,000、Indirect Cost: ¥2,850,000); Fiscal Year 2022: ¥18,200,000 (Direct Cost: ¥14,000,000、Indirect Cost: ¥4,200,000)
• Keywords: セントロメア / 動原体 / 染色体分配 / 細胞周期 / タンパク質構造 / エピジェネティックス

Outline of Research at the Start

本研究では、「セントロメア上で、どのような特徴的なクロマチン構造が形成され、そこに、複数のタンパク質が、どのように制御されて機能的な複合体を形成して、どのように染色体分配を達成させるのか?」と言うセントロメア/動原体に関する基本的かつ本質的な問いに、答える研究を行う。具体的には、セントロメアクロマチンの特徴を明らかにして、そこに結合するタンパク質複合体の構造変化をクライオ電子顕微鏡で解析する。さらに、遺伝学・細胞生物学的な解析をあわせて、セントロメア/動原体が染色体分配を達成させるための一連の分子機構を、包括的に明らかにする研究を行う。

Outline of Annual Research Achievements

セントロメアは、染色体分配に必須なゲノム領域である。染色体の正確な分配は、生命の維持にとって必要不可欠であるため、セントロメアを中心とした染色体分配機構の解明を目指した研究はきわめて重要である。セントロメア研究は進んできたが、「セントロメア上で、どのような特徴的なクロマチン構造が形成され、そこに、複数のタンパク質が、どのように制御されて機能的な複合体を形成して、どのように染色体分配を達成させるのか?」と言うセントロメア/動原体に関する基本的かつ本質的な問いに、答えようとする研究は少ない。本研究では、代表者自身が開発してきた独自のネオセントロメア創出の実験系を活用して、ゲノム解析技術により、セントロメアクロマチンの特徴を明らかにする。そして、そこに結合するタンパク質複合体の構造変化をクライオ電子顕微鏡で解析する。さらに、遺伝学・細胞生物学的な解析をあわせて、セントロメア/動原体が染色体分配を達成させるための一連の分子機構を、包括的に明らかにする研究を行う。具体的な計画では、I) セントロメア領域のクロマチン構造の特徴解明、II) 動原体サブ複合体集合の制御機構の二つ計画を平行して進めた。2023年度は、3C-qPCR法を用いてネオセントロメア配列の自己集合を解析した。特にCENP-Cの多量体化領域が自己集合に関わることを明らかにした。また、ネオセントロメア創出の実験系において、Mis18複合体非依存的にCENP-Aがセントロメアクロマチンに導入される経路があることを発見した。さらに、動原体の構造解析においては、CCAN複合体がKNL2というタンパク質間期特異的に結合することも明らかにできた。これらは、セントロメア・動原体の包括的な理解につながる成果と言える。

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

予期せぬ発見も得られ、セントロメアの理解が予想を超えるペースで進んだと判断しているため。

Strategy for Future Research Activity

計画した実験をこなし、一つ一つの課題で結果を出していくように務める。

Research Products

• [Int'l Joint Research] MIT(米国)
• [Int'l Joint Research] エジンバラ大学(英国)
• [Int'l Joint Research] JNCASR(インド)
• [Int'l Joint Research] MIT(米国)
• [Int'l Joint Research] エジンバラ大学(英国)
• [Int'l Joint Research] JNCASR(インド)
• [Journal Article] Artificial tethering of constitutive centromere-associated network proteins induces CENP-A deposition without Knl2 in DT40 cells. (2024)
  • Author(s): Cao J, Hori T, Ariyoshi M, Fukagawa T
  • Journal Title: J Cell Sci. Volume: 137 Issue: 3 Pages: 1-16
  • DOI: 10.1242/jcs.261639
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] CENP-A and CENP-B collaborate to create an open centromeric chromatin state. (2023)
  • Author(s): Nagpal H, Ali-Ahmad A, Hirano Y, Cai W, Halic M, Fukagawa T, Sekulic N, Fierz B
  • Journal Title: Nature Commun. Volume: 14 Issue: 1 Pages: 8227-8227
  • DOI: 10.1038/s41467-023-43739-5
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] An updated view of the kinetochore architecture. (2023)
  • Author(s): Ariyoshi M, Fukagawa T
  • Journal Title: Trends Genet. Volume: 39 Issue: 12 Pages: 941-953
  • DOI: 10.1016/j.tig.2023.09.003
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Mitotic perturbation is a key mechanism of action of decitabine in myeloid tumor treatment. (2023)
  • Author(s): Yabushita T, Chinen T, Nishiyama A, Asada S, Shimura R, Isobe T, Yamamoto K, Sato N, Enomoto Y, Tanaka Y, Fukuyama T, Satoh H, Kato K, Saitoh K, Ishikawa T, Soga T, Nannya Y, Fukagawa T, Nakanishi M, Kitagawa D, Kitamura T, Goyama S
  • Journal Title: Cell Rep. Volume: 42 Issue: 9 Pages: 113098-113098
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2023.113098
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] A ubiquitin-proteasome pathway degrades the inner nuclear membrane protein Bqt4 to maintain nuclear membrane homeostasis. (2023)
  • Author(s): Le TK, Hirano Y, Asakawa H, Okamoto K, Fukagawa T, Haraguchi T, Hiraoka Y
  • Journal Title: J Cell Sci. Volume: 136 Issue: 19
  • DOI: 10.1242/jcs.260930
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Centromere/kinetochore is assembled through CENP-C oligomerization (2023)
  • Author(s): Hara Masatoshi、Ariyoshi Mariko、Sano Tomoki、Nozawa Ryu-Suke、Shinkai Soya、Onami Shuichi、Jansen Isabelle、Hirota Toru、Fukagawa Tatsuo
  • Journal Title: Molecular Cell Volume: 83 Issue: 13 Pages: 2188-2205.e13
  • DOI: 10.1016/j.molcel.2023.05.023
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Ceramide synthase homolog Tlc4 maintains nuclear envelope integrity via its Golgi translocation. (2023)
  • Author(s): Hirano Y, Ohno Y, Kubota Y, Fukagawa T, Kihara A, Haraguchi T, Hiraoka Y
  • Journal Title: J Cell Sci. Volume: 136 Issue: 10
  • DOI: 10.1242/jcs.260923
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Transgenerational epigenetic control of constitutive heterochromatin, transposons, and centromeres (2023)
  • Author(s): Fukagawa T, Kakutani T
  • Journal Title: Curr Opin Genet Dev Volume: 78 Pages: 102021-102021
  • DOI: 10.1016/j.gde.2023.102021
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The cryo‐EM structure of the CENP‐A nucleosome in complex with ggKNL2 (2023)
  • Author(s): Jiang Honghui、Ariyoshi Mariko、Hori Tetsuya、Watanabe Reito、Makino Fumiaki、Namba Keiichi、Fukagawa Tatsuo
  • Journal Title: The EMBO Journal Volume: 42 Issue: 6
  • DOI: 10.15252/embj.2022111965
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Evolutionary analysis of a complete chicken genome (2023)
  • Author(s): Huang Z, Xu Z, Bai H, Huang Y, Kang N, Ding X, Liu J, Luo H, Yang C, Chen W, Guo Q, Xue L, Zhang X, Xu L, Chen M, Fu H, Chen Y, Yue Z, Fukagawa T, Liu S, Chang G, Xu L.
  • Journal Title: Proc Natl Acad Sci U S A Volume: 120 Issue: 8
  • DOI: 10.1073/pnas.2216641120
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Kinetochore Architecture Employs Diverse Linker Strategies Across Evolution (2022)
  • Author(s): Sridhar S, Fukagawa T
  • Journal Title: Front Cell Dev Biol Volume: 10 Pages: 862637-862637
  • DOI: 10.3389/fcell.2022.862637
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] マウスをもちいたCENP-C機能ドメイン解析 (2024)
  • Author(s): 原昌稔、孔維霞、繆嘉航、若林雄一、橋本昌和、 佐々木洋、藤森俊彦、深川竜郎
  • Organizer: 第41回染色体ワークショップ・第22回核ダイナミクス研究会
• [Presentation] 分裂期型キネトコアをつくる分子基盤 (2024)
  • Author(s): 竹之下 憂祐、有吉 眞理子、原 昌稔、深川 竜郎
  • Organizer: 第41回染色体ワークショップ・第22回核ダイナミクス研究会
• [Presentation] CENP-Cのクラスター化による動原体の機能構築機構 (2023)
  • Author(s): 深川竜郎
  • Organizer: 第75回日本細胞生物学会
  • Invited
• [Presentation] From small CENPs to CCAN, KMN, and Kinetochores (2023)
  • Author(s): Tatsuo Fukagawa
  • Organizer: Cell Dynamics and Chromosomal stability International Workshop 2023
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Molecular mechanisms of the kinetochore assembly during chromosome segregation (2023)
  • Author(s): Tatsuo Fukagawa
  • Organizer: 第82回日本癌学会学術総会
  • Invited
• [Presentation] KNL2とCENP-CはCENP-A導入と間期プレ動原体構築に関与する (2023)
  • Author(s): 堀哲也、曹静暉、深川竜郎
  • Organizer: 第95回日本遺伝学会大会
• [Presentation] Towards understanding the molecular mechanism of CENP-T complex recruitment and maintenance at the kinetochore (2023)
  • Author(s): Shreyas Sridhar, Reiko Nakagawa and Tatsuo Fukagawa
  • Organizer: CellBio2023
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Binding of CENP-C to KMN is a Safeguard of Accurate Chromosome Segregation (2023)
  • Author(s): Masatoshi Hara, Weixia Kong, Yuich Wkabayashi, Masakazu Hashimoto, Hiroshi Sasaki, Toshihiko Fujimori, Tatsuo Fukagawa
  • Organizer: CellBio2023
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Analysis for the CCAN dependent CENP-A incorporation (2023)
  • Author(s): JINGHUI CAO, Tetsuya Hori, Mariko Ariyoshi and Tatsuo Fukagawa
  • Organizer: 第46回日本分子生物学会年会
• [Presentation] The mammalian CENP-C N-terminus is required for CENP-C function and maintenance of genome stability (2023)
  • Author(s): Weixia Kong, Hara Masatoshi, Hirano Yasuhiro and Tatsuo Fukagawa
  • Organizer: 第46回日本分子生物学会年会
• [Presentation] 細胞分裂期特異的なCENP-T-Mis12C結合の分子基盤 (2023)
  • Author(s): 竹之下 憂祐、有吉 眞理子、原 昌稔、 中川 れい子、深川竜郎
  • Organizer: 第46回日本分子生物学会年会
• [Presentation] The CRISPR screening identifies genes which are genetically related to CENP-C (2023)
  • Author(s): Jiahang Miao, Masatoshi Hara, Heather R. Keys, Kuan-Chung Su, Iain M. Cheeseman and Tatsuo Fukagawa
  • Organizer: 第46回日本分子生物学会年会
• [Presentation] CENP-Iに依存するCENP-Aのセントロメアへの導入に関する解析 (2022)
  • Author(s): 曹 静暉、堀 哲也、深川 竜郎
  • Organizer: 第45回日本分子生物学会年会
• [Presentation] エクスパンジョン顕微鏡により明らかとなったセントロメアーキネトコア構造 (2022)
  • Author(s): 平野 泰弘、鈴木 應志、平岡 泰 、 深川 竜郎
  • Organizer: 第45回日本分子生物学会年会
• [Presentation] 分裂酵母核膜タンパク質Bqt4の新規脂質結合領域の役割 (2022)
  • Author(s): 平野 泰弘 、佐藤 つきの、三浦 彩音、樺山 一哉 、深瀬 浩一 、深川 竜郎 、原口 徳子 、平岡 泰
  • Organizer: 第45回日本分子生物学会年会
• [Presentation] 分裂酵母セラミド合成酵素ホモログTlc4は小胞体-ゴルジ体間の移行を介して核膜恒常性を維持する (2022)
  • Author(s): 平野 泰弘、大野 祐介、木原 章雄 、 深川 竜郎 、原口 徳子 、 平岡 泰
  • Organizer: 第45回日本分子生物学会年会
• [Presentation] CENP-Cの自己多量体化はセントロメアクロマチンおよびキネトコアの形成に必須である (2022)
  • Author(s): 原 昌稔 、有吉 眞理子 、佐野 智基 、野澤 竜介、 新海 創也、大浪 修一、Jansen Isabelle、 広田 亨、深川 竜郎
  • Organizer: 第45回日本分子生物学会年会
• [Presentation] The cryo-EM structure of the CENP-A nucleosome in complex with ggKNL2 (2022)
  • Author(s): Honghui Jiang、Mariko Ariyoshi、Reito Watanabe、Fumiaki Makino、Keiichi Namba、Tatsuo Fukagawa
  • Organizer: 第45回日本分子生物学会年会
• [Presentation] The molecular mechanism of the CENP-T-Mis12C interaction (2022)
  • Author(s): 竹之下 憂祐、有吉 眞理子、原 昌稔、深川 竜郎
  • Organizer: 第45回日本分子生物学会年会
• [Presentation] 高等動物におけるCCANに依存したCENP-A導入の仕組み (2022)
  • Author(s): 堀 哲也、曹 静暉、深川 竜郎
  • Organizer: 第45回日本分子生物学会年会
• [Presentation] Towards understanding the molecular mechanism of CENP-T complex recruitment and maintenance at the kinetochore (2022)
  • Author(s): Shreyas Sridhar、Reiko Nakagawa、Tatsuo Fukagawa
  • Organizer: 第45回日本分子生物学会年会
• [Presentation] The CRISPR screening identifies genes which are genetically related to CENP-C (2022)
  • Author(s): Miao Jiahang、Hara Masatoshi、Heather R. Keys、Su Kuan-Chung、Iain M. Cheeseman、Tatsuo Fukagawa
  • Organizer: 第45回日本分子生物学会年会
• [Presentation] The role of the N-terminal conserved region of human CENP-C during mitotic progression (2022)
  • Author(s): Kong Weixia、Masatoshi Hara、Yasuhiro Hirano、Tatsuo Fukagawa
  • Organizer: 第45回日本分子生物学会年会
• [Presentation] Cenp-cΔex2-4はDMBA/TPA多段階皮膚発がんモデルにおいて腫瘍形成を促進する (2022)
  • Author(s): 徳永 夕莉香、奥村 和弘、磯貝 恵理子、原 昌稔、深川 竜郎、若林 雄一
  • Organizer: 第45回日本分子生物学会年会
• [Presentation] 動原体タンパク質に依存したセントロメアの位置情報の書き込みメカニズム (2022)
  • Author(s): 堀哲也、曹静暉、深川竜郎
  • Organizer: 日本遺伝学会第95回大会
• [Presentation] Assembly of CCAN to Establish a Functional Kinetochore in Vertebrate Cells (2022)
  • Author(s): Tatsuo Fukagawa
  • Organizer: Gordon Research Conference on Centromere Biology
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Structural dynamics of the kinetochore during the cell cycle progression (2022)
  • Author(s): Tatsuo Fukagawa
  • Organizer: EMBO Worshop on Dynamic Kinetochore
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Dynamic assembly of the kinetochore (2022)
  • Author(s): Tatsuo Fukagawa
  • Organizer: Chromosome Stability2022
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Remarks] 染色体分配の「担い手」動原体の形成メカニズムを発見
  • URL: https://www.fbs.osaka-u.ac.jp/ja/research_results/papers/detail/1063
• [Remarks] 曹静暉さんのインタビューがJournal of Cell Scienceの特集に掲載
  • URL: https://www.fbs.osaka-u.ac.jp/ja/news/detail/782
• [Remarks] 染色体の担い手「動原体」は細胞周期で異なるタンパク質と結合していた
  • URL: https://www.fbs.osaka-u.ac.jp/ja/research_results/papers/detail/1058