非ゲノム情報によって制御されるセントロメアの維持・形成機構

• Project Area: Mechanisms underlying replication of non-genomic codes that mediate plasticity and robustness for cellular inheritance
• Project/Area Number: 20H05389
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 深川 竜郎 大阪大学, 生命機能研究科, 教授 (60321600)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2022-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥8,840,000 (Direct Cost: ¥6,800,000、Indirect Cost: ¥2,040,000); Fiscal Year 2021: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2020: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
• Keywords: セントロメア / クロマチン / エピジェネティックス / 細胞分裂 / ゲノム情報 / ヒストン / CENP-A

Outline of Research at the Start

セントロメアは、正確な染色体分配に必須なゲノム領域であるが、興味深いことに、多くの生物のセントロメアは、塩基配列による“ゲノム情報”では規定されずに、エピジェネティックな“非ゲノム情報”によって規定される。CENP-Aと呼ばれるセントロメアに特異的なヒストンがエピジェネティックな目印として働いていると考えられてはいるが、セントロメアを規定するための“非ゲノム情報”の実体については不明な点が多い。本研究では、代表者の独自の実験系を活用して、セントロメアが形成される際に必要な“非ゲノム情報”の実体の解明を目指す。

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。興味深いことに、多くの生物のセントロメアは、塩基配列による“ゲノム情報”では規定されずに、エピジェネティックな“非ゲノム情報”によって規定される。CENP-Aと呼ばれるセントロメアに特異的なヒストンがエピジェネティックな目印として働いていると考えられてはいるが、セントロメアを規定するための“非ゲノム情報”の実体については不明な点が多い。本研究では、セントロメアが形成される際に必要な“非ゲノム情報”の実体の解明を目指した。具体的には、I) 配列に依存しないでセントロメアと相互作用するゲノム領域の特徴解明、II) ゲノム複製の前後で変化するセントロメアに特異的なクロマチン構造の実体解明を目指す研究を行った。配列に依存しないでセントロメアと相互作用するゲノム領域の特徴解明を目指して、ネオセントロメア実験系を活用して新規にCENP-Aが導入されるために必要なクロマチンを調べた。従来知られていたMis18複合体でライセンスされるクロマチンに加えて、CENP-Iでライセンスされるクロマチンの存在を示した。また、セントロメアが他のクロマチン領域よりコンパクトな構造をとることを、3C,4C,Hi-C解析から明らかにできた。今後は、このコンパクトさをうむ分子機構や、なぜ、CENP-IでライセンスされたクロマチンへCENP-Aが取り込まれるのかを明らかにする予定である。また、ATAC-seqにより、細胞周期の変動によってセントロメアクロマチンが大きく変わることが明らかになった。今後、その分子要因を明らかにする予定である。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] エジンバラ大学(英国)
• [Int'l Joint Research] MIT/ハーバード大学(米国)
• [Int'l Joint Research] JNCASR(インド)
• [Int'l Joint Research] エジンバラ大学(英国)
• [Int'l Joint Research] キューリ研究所(フランス)
• [Int'l Joint Research] JNCASR(インド)
• [Int'l Joint Research] MIT(米国)
• [Journal Article] Mobility of kinetochore proteins measured by FRAP analysis in living cells (2022)
  • Author(s): Watanabe Reito、Hirano Yasuhiro、Hara Masatoshi、Hiraoka Yasushi、Fukagawa Tatsuo
  • Journal Title: Chromosome Research Volume: 30 Issue: 1 Pages: 43-57
  • DOI: 10.1007/s10577-021-09678-x
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Transfected plasmid DNA is incorporated into the nucleus via nuclear envelope reformation at telophase (2022)
  • Author(s): Haraguchi Tokuko、Koujin Takako、Shindo Tomoko、Sukriye Bilir、Osakada Hiroko、Nishimura Kohei、Hirano Yasuhiro、Asakawa Haruhiko、Mori Chie、Kobayashi Shouhei、Okada Yasushi、Chikashige Yuji、Fukagawa Tatsuo、Shibata Shinsuke、Hiraoka Yasushi
  • Journal Title: Communications Biology Volume: 5 Issue: 1 Pages: 78-88
  • DOI: 10.1038/s42003-022-03021-8
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Recruitment of two Ndc80 complexes via the CENP-T pathway is sufficient for kinetochore functions (2022)
  • Author(s): Takenoshita Yusuke、Hara Masatoshi、Fukagawa Tatsuo
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 13 Issue: 1 Pages: 851-851
  • DOI: 10.1038/s41467-022-28403-8
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Cryo‐EM structure of the CENP‐A nucleosome in complex with phosphorylated CENP‐C (2021)
  • Author(s): Ariyoshi Mariko、Makino Fumiaki、Watanabe Reito、Nakagawa Reiko、Kato Takayuki、Namba Keiichi、Arimura Yasuhiro、Fujita Risa、Kurumizaka Hitoshi、Okumura Ei‐ichi、Hara Masatoshi、Fukagawa Tatsuo
  • Journal Title: The EMBO Journal Volume: 40 Issue: 5 Pages: 1-20
  • DOI: 10.15252/embj.2020105671
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Kinetochore stretching-mediated rapid silencing of the spindle-assembly checkpoint required for failsafe chromosome segregation (2021)
  • Author(s): Uchida Kazuhiko S.K.、Jo Minji、Nagasaka Kota、Takahashi Motoko、Shindo Norihisa、Shibata Katsushi、Tanaka Kozo、Masumoto Hiroshi、Fukagawa Tatsuo、Hirota Toru
  • Journal Title: Current Biology Volume: - Issue: 8 Pages: 1581-1591.e3
  • DOI: 10.1016/j.cub.2021.01.062
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] CENP-C Phosphorylation by CDK1 in vitro. (2021)
  • Author(s): Watanabe R, Hara M, Ariyoshi M, Fukagawa T.
  • Journal Title: Bio Protoc. Volume: 11 Issue: 1
  • DOI: 10.21769/bioprotoc.3879
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] A Simple Method to Generate Super-sensitive AID (ssAID)-based Conditional Knockouts using CRISPR-based Gene Knockout in Various Vertebrate Cell Lines (2021)
  • Author(s): Nishimura Kohei、Fukagawa Tatsuo
  • Journal Title: BIO-PROTOCOL Volume: 11 Issue: 14
  • DOI: 10.21769/bioprotoc.4092
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Bub1 and CENP-U redundantly recruit Plk1 to stabilize kinetochore-microtubule attachments and ensure accurate chromosome segregation (2021)
  • Author(s): Chen Qinfu、Zhang Miao、Pan Xuan、Yuan Xueying、Zhou Linli、Yan Lu、Zeng Ling-Hui、Xu Junfen、Yang Bing、Zhang Long、Huang Jun、Lu Weiguo、Fukagawa Tatsuo、Wang Fangwei、Yan Haiyan
  • Journal Title: Cell Reports Volume: 36 Issue: 12 Pages: 109740-109740
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2021.109740
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A Simple Method that Combines CRISPR and AID to Quickly Generate Conditional Knockouts for Essential Genes in Various Vertebrate Cell Lines (2021)
  • Author(s): Nishimura Kohei、Fukagawa Tatsuo
  • Journal Title: Methods in molecular biology (Clifton, N.J.) Volume: 2377 Pages: 109-122
  • DOI: 10.1007/978-1-0716-1720-5_6
  • ISBN: 9781071617199, 9781071617205
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Bridgin connects the outer kinetochore to centromeric chromatin. (2021)
  • Author(s): Sridhar S, Hori T, Nakagawa R, Fukagawa T, Sanyal K.
  • Journal Title: Nat Commun. Volume: 12 Issue: 1 Pages: 146-146
  • DOI: 10.1038/s41467-020-20161-9
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Artificial generation of centromeres and kinetochores to understand their structure and function. (2020)
  • Author(s): Tetsuya Hori, Tatsuo Fukagawa
  • Journal Title: Experimental Cell Research Volume: 印刷中 Issue: 2 Pages: 111898-111898
  • DOI: 10.1016/j.yexcr.2020.111898
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Dynamics of kinetochore structure and its regulations during mitotic progression. (2020)
  • Author(s): Masatoshi Haram, Tatsuo Fukagawa
  • Journal Title: Cellular and Molecular Life Sciences Volume: 印刷中 Issue: 15 Pages: 2981-2995
  • DOI: 10.1007/s00018-020-03472-4
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] CENP-50 is required for papilloma development in the two-stage skin carcinogenesis model. (2020)
  • Author(s): 2.Saito M, Kagawa N, Okumura K, Munakata H, Isogai E, Fukagawa T, Wakabayashi Y.
  • Journal Title: Cancer Science. Volume: 111 Issue: 8 Pages: 2850-2860
  • DOI: 10.1111/cas.14533
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] H3K9me3 maintenance on a human artificial chromosome is required for segregation but not centromere epigenetic memory. (2020)
  • Author(s): Martins NMC, Cisneros-Soberanis F, Pesenti E, Kochanova NY, Shang WH, Hori T, Nagase T, Kimura H, Larionov V, Masumoto H, Fukagawa T, Earnshaw WC.
  • Journal Title: J Cell Sci. Volume: 133 Issue: 14
  • DOI: 10.1242/jcs.242610
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A super-sensitive auxin-inducible degron system with an engineered auxin-TIR1 pair. (2020)
  • Author(s): Kohei Nishimura , Ryotaro Yamada , Shinya Hagihara , Rie Iwasaki , Naoyuki Uchida , Takumi Kamura , Koji Takahashi , Keiko U Torii , Tatsuo Fukagawa
  • Journal Title: Nucleic acids research Volume: 48 Issue: 18 Pages: e108-e108
  • DOI: 10.1093/nar/gkaa748
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Essentiality of CENP-A Depends on Its Binding Mode to HJURP. (2020)
  • Author(s): Tetsuya Hori , JingHui Cao , Kohei Nishimura , Mariko Ariyoshi , Yasuhiro Arimura , Hitoshi Kurumizaka , Tatsuo Fukagawa
  • Journal Title: Cell reports Volume: 33 Issue: 7 Pages: 108388-108388
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2020.108388
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Kinetochore dynamics in the early embryonic development (2021)
  • Author(s): Masatoshi Hara, Masakazu Hashimoto, Mami Nakagawa, Hiroshi Sasaki, Toshihiko Fujimori, Tatsuo Fukagawa
  • Organizer: 第44回日本分子生物学会年会
  • Invited
• [Presentation] Analysis of interaction between kinetochore protein subcomplexes (2021)
  • Author(s): Yudai Fukui, Masatoshi Hara, Tatsuo Fukagawa
  • Organizer: 第44回日本分子生物学会年会
• [Presentation] Structural basis of kinetochore protein networks regulated by the cell cycle-dependent phosphorylation (2021)
  • Author(s): 山口夏実、有吉眞理子、深川竜郎
  • Organizer: 第44回日本分子生物学会年会
• [Presentation] The cryo-EM structure of the CENP-A nucleosome in complex with KNL2 (2021)
  • Author(s): Honghui Jiang, Mariko Ariyoshi, Fumiaki Makino, Reito Watanabe, Tatsuo Fukagawa
  • Organizer: 第44回日本分子生物学会年会
• [Presentation] The CRISPR screening reveals genes which are genetically related to CENP-C (2021)
  • Author(s): Jiahang Miao, Masatoshi Hara, Heather R. Keys, Kuan-Chung Su, Iain M. Cheeseman, Tatsuo Fukagawa
  • Organizer: 第44回日本分子生物学会年会
• [Presentation] Analysis for the CENP-I dependent CENP-A incorporation pathway (2021)
  • Author(s): Jinghui Cao, Tetsuya Hori, Tatsuo Fukagawa
  • Organizer: 第44回日本分子生物学会年会
• [Presentation] 正確な染色体分配を保障するKMNネットワークの分子解剖 (2021)
  • Author(s): 竹之下 憂祐、原 昌稔、深川 竜郎
  • Organizer: 第44回日本分子生物学会年会
• [Presentation] Molecular Dissection of the KMN network on the CENP-T pathway. (2021)
  • Author(s): Tatsuo Fukagawa
  • Organizer: CellBio2021
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] キネトコア-紡錘体微小管結合を担う分子基盤 (2021)
  • Author(s): 竹之下 憂祐、原 昌稔、深川竜郎
  • Organizer: 第39回染色体ワークショップ・第20回核ダイナミクス研究会
• [Presentation] CENP-C のCupinドメインを介した多量体化はその機能に必須である (2021)
  • Author(s): 原 昌稔、有吉眞里子、深川竜郎
  • Organizer: 第39回染色体ワークショップ・第20回核ダイナミクス研究会
• [Presentation] セントロメアのクロマチン構造とエピジェネティックス (2021)
  • Author(s): 堀哲也、曹静暉、深川竜郎
  • Organizer: 日本遺伝学会
  • Invited
• [Presentation] 改良型オーキシンと受容体を用いた高感度タンパク質分解法 (2021)
  • Author(s): 西村浩平、山田遼太郎、萩原伸也、岩崎理恵、打田直行、高橋宏二、嘉村巧、鳥居啓子、深川竜郎
  • Organizer: 日本遺伝学会
  • Invited
• [Presentation] Dynamics on kinetochore assembly during cell cycle progression (2020)
  • Author(s): Tatsuo Fukagawa
  • Organizer: GRC on centromere Biology
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] セントロメアおよび動原体の分子基盤の解明 (2020)
  • Author(s): 深川竜郎
  • Organizer: 日本遺伝学会
  • Invited
• [Presentation] CENP-Aヌクレオソーム-CENP-Cタンパク質複合体の立体構造からみえてきた染色体分配を支えるキネトコア複合体の動的制御 (2020)
  • Author(s): 有吉眞理子、深川竜郎
  • Organizer: 日本生化学会
  • Invited
• [Presentation] 染色体不安定およびゲノム再編成を防ぐ正確な動原体構造 (2020)
  • Author(s): 深川竜郎
  • Organizer: 日本分子生物学会
  • Invited
• [Presentation] CENP-C creates a compact chromatin configuration within centromeres (2020)
  • Author(s): 原 昌稔、有吉 眞理子、深川 竜郎
  • Organizer: 日本分子生物学会
  • Invited
• [Remarks] 染色体分配の「担い手」動原体の働き、ゲノム編集を駆使し解明
  • URL: https://resou.osaka-u.ac.jp/ja/research/2022/20220214_1