2014 Fiscal Year Annual Research Report
分裂期染色体凝縮におけるコアヒストン・ヌクレオソームの役割
Publicly Offered Research
| Project Area | Dynamic chromatin structure and function |
|---|
| Project/Area Number |
26116525
|
|---|
| Research Institution | The Institute of Physical and Chemical Research |
|---|
Principal Investigator |
新冨 圭史 独立行政法人理化学研究所, 平野染色体ダイナミクス研究室, 研究員 (60462694)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2016-03-31
|
| Keywords | 染色体 / ヌクレオソーム / ヒストン / 再構成 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
分裂期染色体の構築は遺伝情報の正確な分配に不可欠なプロセスである。しかし、ヌクレオソームやコアヒストンが染色体構築にどのように関与するのかという本質的な問題の理解は殆ど進んでいない。この疑問を解くための第一歩として、今年度、私は、試験管内で分裂期染色体を再構成する画期的な実験系を確立した。この再構成系では、6種類のタンパク質（コアヒストンH2A-H2B、3種類のヒストンシャペロン [ヌクレオプラズミン、Nap1、FACT]、コンデンシンⅠ、トポイソメラーゼⅡ）を、ATP存在下でカエル精子クロマチン（コアヒストンH3-H4を含む）を混和するだけで染色体構築のプロセスを再現できる。上記の因子をひとつでも欠くと染色体は作られないことから、3種類のヒストンシャペロンそれぞれが異なる役割を果たし、H3-H4だけからなるテトラソームは染色体の基本構造になり得ないと考えられる。また、C末端の変成領域が酸性アミノ酸に富むH2Aバリアント（H2A.X-F）を用いる必要があったことから、DNAとヒストンの相互作用の不安定化が染色体構築に重要である可能性が示唆される。さらに、染色体構築に必要かつ十分な翻訳後修飾は、サイクリンB－Cdk1によるコンデンシンIのリン酸化のみであることが明らかになった。これらの結果から、分裂期における染色体構築というダイナミックな現象は、驚くほどシンプルなメカニズムによって制御されていることが強く示唆される。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
染色体再構築に不可欠な未同定因子の探索が順調に進捗したことによって、当初の目標であった再構成系の確立まで順調に漕ぎ着けられた。この再構成系は現在考えられうる最少の因子で構成されており、おのおのの因子の機能、これらの協調的効果をこれまでにない詳細なレベルで解析できるようになった。事実、再構成系を用いたからこそ明らかになった知見がいくつも得られている。また、これまでの成果は、国際学会で発表し、関連分野の研究者からきわめて高い評価をもって迎えられた。一見すると複雑に見える染色体構築という現象を、新たな視点から捉え直し、より詳細な理解に資する視座を得たことは、今日の細胞生物学研究において極めて大きな価値を持つと考えられる。
|
| Strategy for Future Research Activity |
本年度は、染色体再構成系をさらに洗練しつつ、染色体内でクロマチンがどのように折り畳まれるのかという古典的問題を解明するために、以下に挙げる３つの目標の達成を目指す。
（1）染色体を再構成する条件の最適化：反応液中のイオン強度や緩衝塩の種類（HEPES, リン酸ナトリウム）に変化させる、または、PEGなどのcrowding agentsを加えて細胞内の分子混雑度を模倣するなどの改変によって、再構成染色体の形状が卵抽出液で作られる染色体に近づけられるかを検討する。Mg2+イオン濃度がDNAやヌクレオソームアレイの水溶液中での振舞い（凝集度）に影響するという古くから知られる観察にも着目し、周辺の環境がヌクレオソームや染色体に与える影響を検討する。
（2）ヒストンH2Aが染色体構築に果たす役割の理解：現行の再構成系では、受精卵・初期胚に特異的なH2Aバリアント（H2A.X-F）を用いなければならない。まず、H2A.X-Fに変異体を導入することで、どの領域が染色体構築に積極的な関与をしているのかを明らかにする。これと並行して、カノニカルH2Aを用いた場合でも染色体を再構成できる条件（特に、現行の実験系では何らかの因子が足りない可能性）を検討し、H2A.X-FとH2Aの染色体構築における機能差を解明する。
（3）すべてのヒストンを操作できる再構成系の確立：カエルと異なり、４種類のすべてのコアヒストンを殆ど含まないヒトやマウスの精子クロマチンを出発材料にして、染色体を再構成する方法を検討する。現行の6種類のタンパク質とH3-H4以外のタンパク質が必要である可能性を想定し、カエル卵抽出液の分画によって候補因子を検索する。
こうした試みが成功すれば、まず、ヒストンH3をバリアントや変異体に置き換えたときの影響を解析する。
|
