減数分裂特異的コヒーシン複合体による相同染色体の構造変換と対合に関する解析

• Project Area: Functions of non-coding DNA region for genome integrity
• Project/Area Number: 24114503
• 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: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 石黒 啓一郎 東京大学, 分子細胞生物学研究所, 助教 (30508114)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2014-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2013)
• Budget Amount: ¥11,830,000 (Direct Cost: ¥9,100,000、Indirect Cost: ¥2,730,000); Fiscal Year 2013: ¥5,980,000 (Direct Cost: ¥4,600,000、Indirect Cost: ¥1,380,000); Fiscal Year 2012: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000)
• Keywords: 減数分裂 / 染色体分配 / 生殖細胞 / 非コードDNA / コヒーシン / 細胞分裂 / 染色体

Research Abstract

Rad21LおよびREC8コヒーシンは、精母細胞および胎生期卵母細胞の減数分裂前期において相互排他的なパターンで染色体上に局在することが判明している。これらの観察から、当初減数分裂の前期に見られるRad21L型およびRec8型コヒーシンによって作り出される染色体構築の様式が、相同染色体のpairingに関与しているのではないかと推測された。RAD21L,REC8,Sun1, Spo11欠損マウスおよびそれらの二重欠損マウスにおける相同染色体のペアリングついてFISH 法を用いて検討を行った。その結果、Rad21LがDSB非依存のペアリング機構に関与していることが判明した。またSun1欠損マウスの解析からは、テロメアを介する染色体運動自体がなくなってもある程度のペアリングが起きることが判明した。RAD21Lを欠損させるとbouquet構造とよばれる染色体配置が蓄積されることから、Rad21Lが相同染色体のペアリングに大きな寄与を果たしていることが示唆された。一方、REC8を欠損させても相同染色体のペアリングへの影響は少ないことが示唆された。RAD21L/Spo11および REC8/Spo11二重欠損マウスを用いた比較解析からRad21LがDSBに依存して姉妹染色体の接着を果たしていること、REC8は通常の様式で姉妹染色体の接着に寄与することが示唆された。
とりわけヒトゲノム中には反復配列と呼ばれるDNAが多数存在するため、ペアリング過程が破綻すると本来は相同染色体間だけで起こるべきDNA組換えが非コードDNA領域である反復配列どうしの間で無差別に起きてしまうリスクをはらんでいる。この問題を回避するために、染色体ごとに特異的なパターンを形成して局在するRAD21Lコヒーシンを介して、相同染色体の間で何らかの構造の認識が起きて相互作用が増している可能性が示唆された。

Current Status of Research Progress

Reason

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Meiosis-specific cohesin mediates homolog recognition in mouse spermatocytes (2014)
  • Author(s): Ishiguro KI., Kim J., Shibuya H., Hernandez-Hernandez A., Suzuki A., Fukagawa T., Shioi G., Kiyonari H., Li XC., Schimenti J., Hoog C., Watanabe Y.
  • Journal Title: Genes Dev. Volume: 28 Issue: 6 Pages: 594-607
  • DOI: 10.1101/gad.237313.113
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The TRF1-binding protein TERB1 promotes chromosome movement and telomere rigidity in meiosis. (2014)
  • Author(s): Shibuya, H., Ishiguro, K., and Watanabe, Y.
  • Journal Title: Nat. Cell Biol. Volume: 16 Issue: 2 Pages: 145-156
  • DOI: 10.1038/ncb2896
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] p600 Plays Essential Roles in Fetal Development (2014)
  • Author(s): (*: equally contributed) *Nakaya T., *Ishiguro K., Belzil C., Rietsch A.M., Yu Q., Mizuno S., Bronson R.T., Geng Y., Nguyen M.D., Akashi K., Sicinski P., Nakatani Y.
  • Journal Title: Plos One Volume: 8 Issue: 6 Pages: e66269-e66269
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0066269
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] p600 regulates spindle orientation in apical neural progenitors and contributes to neurogenesis in the developing neocortex (2014)
  • Author(s): Camille Belzil, Naoyuki Asada, Kei-ichiro Ishiguro, Takeo Nakaya, Kari Parsons, Valentina Pendolino, Gernot Neumayer, Marina Mapelli, Yoshihiro Nakatani, Kamon Sanada and Minh Dang Nguyen
  • Journal Title: Biology Open Volume: 印刷中
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Studying Meiosis・Specific Cohesins in Mouse Embryonic Oocytes (2013)
  • Author(s): Kim J., et al.
  • Journal Title: Methods in Molecular Biology Volume: 957 Pages: 47-57
  • DOI: 10.1007/978-1-62703-191-2_3
  • ISBN: 9781627031905, 9781627031912
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 減数分裂特異的コヒーシンと染色体異数性疾患 (2013)
  • Author(s): 石黒啓一郎、渡邊嘉典
  • Journal Title: 実験医学 Volume: 31 Pages: 2578-2585
• [Journal Article] A conserved KASH domain protein associates with telomeres, SUN1, and dynactin during mammalian meiosis. (2012)
  • Author(s): Morimoto A., et al.
  • Journal Title: Journal of Cell Biology Volume: 198(2) Issue: 2 Pages: 165-172
  • DOI: 10.1083/jcb.201204085
  • Peer Reviewed
• [Presentation] The REC8- and RAD21L-cohesins promote the initial homolog pairing in mouse spermatocytes. (2012)
  • Author(s): Kei-ichiro Ishiguro
  • Organizer: Gordon Research Conference Meiosis
  • Place of Presentation: New Hampshire, U.S.A.
  • Year and Date: 2012-06-02
  • Invited
• [Presentation] Cohesin mediates DSB-independent homolog pairing in mouse meiosis (2012)
  • Author(s): Kei-ichiro Ishiguro
  • Organizer: 日本分子生物学会ワークショップ
  • Place of Presentation: 福岡県
  • Invited
• [Remarks] 生殖細胞の相同染色体がパートナーを探しだすまで
  • URL: http://www.u-tokyo.ac.jp/public/public01_260306_j.html
• [Remarks] 生殖細胞の相同染色体がパートナーを探しだすまで
  • URL: http://www.iam.u-tokyo.ac.jp/pressrelease140306.html
• [Remarks] 東京大学分子細胞生物学研究所 染色体動態研究分野 渡邊研究室
  • URL: http://www.iam.u-tokyo.ac.jp/watanabe-lab/watanabe_lab/Home.html