セントロメアの維持・形成に関与する非ゲノム情報

• Project Area: Mechanisms underlying replication of non-genomic codes that mediate plasticity and robustness for cellular inheritance
• Project/Area Number: 22H04692
• 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, 大学院生命機能研究科, 教授 (60321600)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥8,970,000 (Direct Cost: ¥6,900,000、Indirect Cost: ¥2,070,000); Fiscal Year 2023: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000); Fiscal Year 2022: ¥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

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H3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) セントロメアクロマチンの特徴が形成される分子機構の解明、II) セントロメアクロマチンのコンパクトさに関与するCENP-Cの構造特性、III) セントロメアタンパク質のオリゴマー化と染色体分配機能との関連解明を目指した。深川らが独自に開発してきたネオアセントロメアの実験系を活用して3C-qPCR法でその詳細を解析した結果、ネオセントロメアがコンパクトなクロマチン構造をとることが明らかになり、セントロメアタンパク質CENP-Cのノックアウトでそのコンパクトな特徴が失われることが明らかになった。また、CENP-Cどの特徴がこのコンパクト化に関与しているかを解析するとCENP-CのC末端側に存在するCupin領域による多量体化が重要であることが明らかになった。CENP-CのC末端側に人工的な多量体化配列を導入するとCENP-C機能の一部を相補することも明らかにした。また、CENP-Cの多量体領域を欠き、コンパクトなクロマチン形成が弱くなると染色体分配が異常になることも判明した。これらの研究を通じて、配列では規定されないセントロメアの“非ゲノム情報”の実体が理解できた。

Research Progress Status

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

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