2015 Fiscal Year Research-status Report
減数分裂期染色体の対合機構と非対合サイレンシング機構の関係解明
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15K06943
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| Research Institution | National Institute of Genetics |
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Principal Investigator |
田原 浩昭 国立遺伝学研究所, 系統生物研究センター, 特任研究員 (90362524)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 減数分裂 / 染色体 / 相同対合 / 非対合サイレンシング / ヘテロクロマチン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
減数分裂は動植物の遺伝情報を次世代へ伝達する配偶子を形成する重要な過程である。第一減数分裂のパキテン期において、殆どの染色体は相同なパートナーを持ちシナプトネマ複合体を介した相同対合を行う。残りの非対合染色体は、非対合サイレンシング (meiotic silencing of unpaired DNA) によってヘテロクロマチン化される。非対合サイレンシングは性染色体の転写制御に関与しており、異数体の配偶子の形成阻害機構、トランスポゾンやウイルスのような外来的 DNA に対する防御機構として機能している可能性も推測されている。一部の生物において、非対合サイレンシングは Argonaute 蛋白を用いる内在性の RNAi 機構によって調節されていることが知られている。
線虫 C. elegans においては、CSR-1 および類似した Argonaute 蛋白が小分子 RNA と一緒に標的 RNA を切断する Slicer 活性を示すことを筆者は見つけた。Slicer 型 Argonaute 蛋白は非対合サイレンシングを調節するのみならず、正確なホモロジーでのシナプトネマ複合体の形成を手助けすることによって減数分裂期染色体の相同染色体の対合を調節する。COH-3/4 は減数分裂期特異的コヒーシンの kleisin サブユニットであり、シナプトネマ複合体の軸形成に必須であることが知られている。筆者は、COH-3/4 は非対合サイレンシングにおいても必要であることを見つけた。対照的に、クロモドメイン蛋白である CEC-5 は主として非対合サイレンシングに必要である。内在性の RNAi の機構は、減数分裂期染色体の非対合サイレンシングのみならず相同対合に重要な位置情報を提供するのかもしれない。
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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
以下の通りのデータをこれまでに得た。
内在性 RNAi が非対合サイレンシングの初期段階で働いていていると考えられるが、非対合サイレンシングによって形成されるヘテロクロマチンの性質はヒストン H3 のメチル化 (H3K9me2) 以外は良く理解されていない。非対合 DNA が形成する条件的ヘテロクロマチンの構成因子を同定するために、非対合 X 染色体を持つオスの多い him-8 変異体のアダルト集団から、H3K9me2 を持つクロマチン複合体を免疫沈降し質量分析で解析した。その結果、ヘテロクロマチン画分にクロモドメインを持つ蛋白である CEC-5 を見つけた。CEC-5 に対する抗体を作製して細胞内分布を調べてみたところ、CEC-5 は減数分裂期の非対合染色体に多く存在することを確認した。
加えて、減数分裂期の非対合サイレンシングに関与する更なる因子を同定するために、我々は幾つかのクロマチン蛋白に対応する変異体を調べた。その結果、コヒーシンの恒常的発現サブユニットである SMC-1 の温度感受性変異体が非対合サイレンシングの異常を示すことを見つけた。コヒーシンは染色体の接着に関わる複合体であり、SMC-1 と SMC-3 およびそれらの ATPase ドメインを繋ぐ kleisin 蛋白から構成される。更に、減数分裂期特異的 kleisin に対応する coh-3 と -4 の二重変異体も非対合サイレンシングを正常に生じないことを見つけた。
又、Slicer 型の Argonaute 変異体は、非対合サイレンシングによるヘテロクロマチンの分布異常に加えて、相同染色体を対合するシナプトネマ複合体の軸構造の異常な分岐を示すことを見つけた。
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| Strategy for Future Research Activity |
減数分裂期の非対合 DNA サイレンシングと染色体対合の両方に必要なコヒーシンのサブユニットである COH-3/4 の結合 DNA 領域の一部から、RNAi 因子である CSR-1 および類似した Argonaute 蛋白と相互作用する小分子 RNA の一部が産生されているという知見を得ている。CSR-1 は細胞質と核の両方で確認されることから、非対合サイレンシングおよび染色体対合の両方と相関性の高い小分子 RNA や鋳型 RNA がどのような細胞内分布を示すのかという疑問が生じる。そこで、in situ ハイブリダイゼーション法を用いて、CSR-1 と相互作用する小分子 RNA もしくは鋳型 RNA の中で減数分裂期サイレンシングと相関性の高い分子の細胞内分布を解析を進めているところである。最終的に、内在性 RNAi と減数分裂期の非対合 DNA サイレンシングそして染色体対合の 3者の機構が、どのように相互作用しどのように区別されているのか明らかにすることを目指す。
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