2014 Fiscal Year Annual Research Report
紡錘体微小管と非コードDNA領域の相互作用による染色体の空間的制御
Publicly Offered Research
| Project Area | Functions of non-coding DNA region for genome integrity |
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| Project/Area Number |
26114702
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
田中 耕三 東北大学, 加齢医学研究所, 教授 (00304452)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 細胞・組織 / セントロメア / 微小管 / キネトコア / 染色体分配 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
遺伝情報の伝達は染色体の空間的制御によって成立しており、この制御にはゲノムの大部分を占める非コードDNA領域が主要な役割を果たしている。本研究では、紡錘体微小管との相互作用（末端結合 vs 側面結合）という観点から、セントロメアを中心とした非コードDNA領域による染色体の動態制御機構を明らかにすることを目的とする。H26年度は以下のような成果が得られた。
1) 側面結合の分子機構 末端結合に必須のHec1と共にノックダウンすると染色体と微小管の結合が完全に消失するような分子が複数同定され、側面結合に関与する分子の候補と考えられた。
2) 染色体が紡錘体上を移動する分子機構 染色体が紡錘体赤道面へと移動するのに関与する分子として、染色体腕部に局在するKidおよびキネトコアに局在するCENP-Eという2つのモーター分子に着目した。Kidはアフリカツメガエルの卵抽出液などの系において、染色体を紡錘体極から遠ざけるはたらきをすることが報告されていた。一方哺乳類細胞でKidの発現を抑えても染色体は紡錘体赤道面へと整列し、その役割は不明であった。我々はHec1をノックダウンして末端結合をできなくしたヒト細胞においてKidをノックダウンすると、染色体の赤道面への移動が妨げられることを見いだし、Kidが側面結合における染色体の移動に関与することを明らかにした。一方CENP-EはHec1をノックダウンした細胞では染色体の赤道面への移動に抑制的にはたらくものの、微小管を安定化させると赤道面への移動を促進することがわかった。これらの結果から、分裂期初期の微小管が不安定な段階においては主にKidが染色体の移動に関与し、紡錘体が形成されて微小管が安定化するとCENP-Eがはたらくというモデルが考えられた（Nat Commun, 2015)。
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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
これまでよくわかっていなかった、染色体が紡錘体赤道面に整列する機構を明らかにし、論文として発表した。その過程でKidという染色体全体に分布するモーター分子がヒト細胞で染色体の移動に関与することを初めて報告した。KidはDNA結合領域をもつことから、ゲノムの大部分を占める非コードDNA領域に結合して染色体の空間的制御にはたらいていると考えられる。また染色体腕部に局在するKidとキネトコアに局在するCENP-Eという2つのモーター分子の機能の使い分けによって、側面結合による染色体の紡錘体赤道面への移動が制御されているという新たな機構の提示に至った。これらのことより、紡錘体微小管との相互作用（末端結合 vs 側面結合）という観点から非コードDNA領域による染色体の動態制御機構を明らかにすることを目的とする本研究は、順調に進展していると判断できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成26年度には側面結合による染色体の移動機構を明らかにすることができた。平成27年度はこれをふまえ、側面結合が染色体の安定性に果たす役割について検討する。Kidのみをノックダウンした細胞では染色体の紡錘体赤道面への整列が正常に起こるものの、整列に要する時間が若干延長する。そこでこの細胞生存に必須ではない迅速な染色体整列が、染色体分配の正確性に果たす役割を検討する。具体的にはKidをノックダウンした細胞における染色体分配異常の頻度を測定すると共に、chromosome spreadにより染色体数の変化を評価する。がん細胞の大部分で見られる染色体不安定性は、細胞の生存が可能な程度の、軽度な異常によりひきおこされることが予想され、本研究がその解明の手がかりとなることが期待される。またKid以外にも側面結合に関与する可能性のある分子が同定されており、これらについても同様の検討を行う。さらに側面結合から末端結合への変換の機構について解析を行う。このために蛍光顕微鏡による観察と電子顕微鏡による観察を併用し、キネトコアと微小管の結合の詳細な解析を行う。
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