2020 Fiscal Year Annual Research Report
Mechanosensing properties of mitotic chromosomes and chromosome assembly factors
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19H03201
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| Research Institution | National Institute of Genetics |
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Principal Investigator |
島本 勇太 国立遺伝学研究所, 遺伝メカニズム研究系, 准教授 (80409656)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 有糸分裂 / 染色体 / 紡錘体 / 微小管 / 力学計測 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、細胞分裂期の染色体が力（ちから）のシグナルやストレスに対していかに適切に応答しながら機能しているかを明らかにするため、染色体の力学特性を分子から細胞に至る各階層で定量的に解析するプロジェクトを計画し、進行している。今年度の具体的な研究実績は以下の通りである。
（１）染色体構築因子の一分子力学解析：コヒーシンやトポイソメラーゼIIなどの染色体構築因子の力学特性を一分子レベルで解析することのできる顕微鏡システムを開発している。本年度は、昨年度に構築した分子のナノ力学操作の系に、全反射（TIRF)照明による一分子イメージングの系を融合することに成功した。これにより、染色体構築因子の力と動態を分子レベルで同時解析できるようになった。また、力計測実験を高いスループットで行うことができるよう、磁気ピンセットを使って数百の分子に一斉に力を作用させることのできるシステムを作成した。
（２）細胞レベルにおける染色体ダイナミクスの観察と力の効果の解析：分裂期の染色体が力に応答するしくみを細胞レベルで明らかにするため、アフリカツメガエル卵抽出液内に形成した紡錘体をガラス製マイクロニードルで捕捉操作する実験を進めている。昨年度は、外部から与えた力に対する姉妹染色体間の解離応答を共焦点蛍光イメージングを使って高解像で解析し、力の大きさに応じて姉妹染色分体の解離速度が変化することを発見した。今年度は、染色体が持つこの力感受性の背後の分子メカニズムを探るために分子摂動実験を行い、姉妹染色分体間のDNAのからまり（catenane）を解消するトポイソメラーゼII酵素が責任因子であることを突き止めた。以上の結果をまとめ、論文投稿に向けた準備を開始した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
一分子計測実験について、本年度の目標であった顕微鏡システムの構築が予定通り完了したため。また、細胞レベルでの顕微操作実験について、目標としていた力学特性の決定だけでなく、分子メカニズムの同定を行うことができたため。
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| Strategy for Future Research Activity |
一分子計測実験については、構築した顕微鏡システムを使って染色体構築因子の力学特性の解析を進める。タンパク質試料は研究協力者と共同で作製し、細胞実験で力感受因子として同定したトポイソメラーゼIIを中心にDNA上での運動や結合寿命と力の関係を解析する。
細胞実験については、現在まとめている論文を国際誌に投稿し、年度内の受理を目指す。
これらと並行して行っている単一染色体の力学計測実験については、昨年度に、特定部位（動原体等）の変形操作を達成している。今後、マイクロレオロジーと呼ばれる材料科学の手法を使った詳細な解析を進め、染色体の物性を力と変形のモダリティ（大きさ、速さ、方向など）に着目して明らかにして行く予定である。
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Research Products
(6 results)
