2021 Fiscal Year Annual Research Report
Molecular mechanisms of condensins I and II
| Project/Area Number |
18H05276
|
|---|
| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
|---|
Principal Investigator |
平野 達也 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 主任研究員 (50212171)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
立川 正志 国立研究開発法人理化学研究所, 数理創造プログラム, 客員研究員 (30556882)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2018-06-11 – 2023-03-31
|
| Keywords | 細胞生物学 / 生化学 / 数理生物学 / 染色体 / 細胞分裂 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
（１）カエル卵抽出液を利用したコンデンシンIとIIの機能解析：カエル卵抽出液を利用した機能解析を通して、これまでに作製したコンデンシンIの変異型複合体は大きく２つのクラス（それぞれhyper-compactionとhypo-compactionを誘導する）に分類できることを示した。2021年度は、こうした一連の解析結果を論文として発表することができた（Kinoshita et al., 2022）。一方、トポイソメラーゼIIとヒストンシャペロンAsf1を同時除去したカエル卵抽出液では、極めて特徴的な新規クロマチン構造（sparklerと名付けた）が形成されること、そしてsparklerではコンデンシンIとIIが異なる局在パターンを示すことを明らかにし、論文発表した（Shintomi and Hirano, 2021）。
（２）コンデンシンIとIIの比較生化学：コンデンシンIの野生型と各種変異型複合体のループ押出し (loop extrusion) 活性の測定法を確立し、その最初の成果を上記の論文に組み込むことができた。さらに、同じアッセイをコンデンシンIIの野生型と各種変異型複合体に適用することを通してコンデンシンIとの比較を行うことを開始した。
（３）コンデンシン機能の数理モデリングとシミュレーション： 2021年度は、ループ伸長活性およびねじれ活性を持つコンデンシンの力学モデルを用いて、クロマチンループ形成シミュレーションを行った。ループ伸長速度、ねじれの密度、クロマチン繊維全長の圧縮率を系統的に変え、ねじれを導入されたクロマチンループの成長過程のダイナミクスの観察を行った。特に、ループ伸長速度に依存したスーパーコイル構造の生成条件および、クロマチン繊維全長の圧縮率とスーパーコイル構造のループ内外での成長率に非自明な関係を見出し、詳細な解析を行った。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
（１）カエル卵抽出液を利用した、野生型および変異型コンデンシンIとIIの機能解析から、２つの複合体に共通する性質と異なる性質についての知見が蓄積してきた。また、長年の課題であったコンデンシンIの細胞周期制御について、その複雑な制御機構の一端が見え始めてきた。
（２）各種機能アッセイの確立を通して、２つのコンデンシン複合体の詳細な比較が可能となりつつある。
（３）クロマチン繊維が置かれている環境を表現する繊維全長の圧縮率とスーパーコイル構造の成長率の間にある関係は、これまで報告の無いねじれの蓄積を介した染色体凝縮機構を示しており、新しい染色体形成メカニズムの理解につながってきている。
|
| Strategy for Future Research Activity |
（１）カエル卵抽出液を利用したコンデンシンIとIIの機能解析: 2022年度はコンデンシンI とIIの類似点・相違点についてより踏み込んだ解析に着手する。特に、コンデンシンIで定義した２種類の変異（Class IとClass II）の分類がコンデンシンIIにも適用できるのかという問題を問う。
（２）コンデンシンIとIIの比較生化学：2022年度は、コンデンシンIIについてループ押出し活性の測定を行う。さらに、複数の機能アッセイ（ATPaseアッセイ、ローディングアッセイ等）を組み合わせることにより、コンデンシンI とIIの類似点・相違点を明確にするとともに、CDK1によるリン酸化がそれらの活性に与える影響を検討したい。
（３）コンデンシン機能の数理モデリングとシミュレーション：クロマチンループ伸長活性およびねじれ活性を持つコンデンシンの力学モデルを用いて、ねじれの蓄積を介したスーパーコイル構造の染色体形成における役割を検証する。特に、スーパーコイル構造が一方向性を持つループ形成機構のギャップを埋める活性を持つか解析する。
|
