Structural basis for dynamic kinetochore assembly essential for chromosome segregation

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K06048
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 43020:Structural biochemistry-related
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: Ariyoshi Mariko 大阪大学, 大学院生命機能研究科, 特任助教(常勤) (80437243)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 染色体分配 / キネトコア / セントロメア / タンパク質複合体 / ヌクレオソーム / クライオ電顕 / CENP-A

Outline of Final Research Achievements

Chromosome segregation is regulated by a supramolecular structure consisting of numerous proteins called kinetochores assembled in the centromere region on the chromosome. In this study, structural and functional properties of the CENP-C and KNL2 proteins, which play essential roles as scaffolds for molecular assembly in the functional kinetochore assembly, were investigated using biochemical and structural techniques. Firstly, using single-particle analysis with cryo-electron microscopy, we elucidated the structural basis of CENP-A nucleosome recognition by the cell cycle-dependent chicken KNL2 protein and proposed a new functional model. Secondly, we discovered that CENP-C undergoes highre-order self-assembly. We demonstrated that self-assembly of CENP-C is crucial for maintaining centromere structure.

Free Research Field

構造生物学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

正常な染色体分配を維持するためには、セントロメアに限定されたキネトコアの構築 (空間的制御)　および細胞周期と厳密に同調した染色体と紡錘体微小管の連結（時間的制御）が必要である。従って、染色体分配の分子機構を理解するためには、セントロメアおよびキネトコアを構成する多様なタンパク質がどのようにネットワークを形成し、細胞周期のタイミングを見極め、協調的に機能しているのかを理解する必要がある。本研究の結果に基づいて提唱したCENP-CとKNL2に関する動的な機能モデルは、このような細胞周期と連動したキネトコア形成の動的制御機構の新しい概念として認められるものである。