Modality of mitotic chromosomes

Planned Research

Project Area	Genome modality: understanding physical properties of the genome
Project/Area Number	20H05938
Research Category	Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
Allocation Type	Single-year Grants
Review Section	Transformative Research Areas, Section (III)
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)
Project Period (FY)	2020-11-19 – 2025-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help	¥134,940,000 (Direct Cost: ¥103,800,000、Indirect Cost: ¥31,140,000) Fiscal Year 2022: ¥28,600,000 (Direct Cost: ¥22,000,000、Indirect Cost: ¥6,600,000) Fiscal Year 2021: ¥27,040,000 (Direct Cost: ¥20,800,000、Indirect Cost: ¥6,240,000) Fiscal Year 2020: ¥22,100,000 (Direct Cost: ¥17,000,000、Indirect Cost: ¥5,100,000)
Keywords	細胞生物学 / 生化学 / 染色体 / 細胞周期 / 細胞分裂 / コンデンシン
Outline of Research at the Start	染色体は、生命の設計図・ゲノムDNAの担体として、生命の活動と進化を支えている。細胞分裂期の染色体構築は、複製した遺伝情報を２つの娘細胞に分配するために必須な準備過程である。本研究では、この過程の主役である「コンデンシン」と呼ばれるタンパク質複合体が、どのような分子メカニズムを通して染色体構築を制御しているかという本質的な問題を明らかにする。
Outline of Annual Research Achievements	（１）染色体構築におけるループ押出し活性の貢献を明らかにする：多数のコンデンシン変異型複合体をデザイン・発現・精製し、カエル卵抽出液中での染色体形成能を検定した結果、それらはhyper-compactionを示すクラス（Class I）とhypo-compactionを示すクラス（Class II）に分類することができた。さらにそれぞれのクラスのループ押出し活性を測定した（領域代表・西山との共同研究）結果、ループ押出し活性の欠損だけでは、これらの変異型複合体が卵抽出液中で示す特徴的な染色体形成異常を説明することはできないことが明らかとなった。（２）コンデンシン機能におけるHEATリピートと天然変性領域の役割を明らかにする：コンデンシンIの３つの制御サブユニット (CAP-D2, -G, -H) の天然変性領域を欠失させた変異型 (tailless series) 、およびにこの領域に存在する全てのセリンとスレオニン残基をアラニンに置換した変異型 (tailA series) の作製を完了した。その後の機能解析から、CAP-HのN-tail がコンデンシン I の染色体結合に抑制的に働いており、分裂期特異的なリン酸化がその抑制を解除する、という制御メカニズムの存在が見えてきた。
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）染色体構築におけるループ押出し活性の貢献を明らかにする：西山との共同研究により野生型コンデンシンI複合体のループ押出し活性測定法を確立することができた。さらに各種変異型複合体の活性を測定し、野生型のそれと比較した。（２）コンデンシン機能におけるHEATリピートと天然変性領域の役割を明らかにする：３つの制御サブユニット (CAP-D2, -G, -H) の天然変性領域とそのリン酸化の役割について包括的な解析を進める準備が整った。
Strategy for Future Research Activity	（１）染色体構築におけるループ押出し活性の貢献を明らかにする：ループ押出し活性と並行して働く分子活性（例えば、CAP-D2 を介したコンデンシン間相互作用）の存在を証明するとともに、その分子メカニズムの解明を目指す。（２）コンデンシン機能におけるHEATリピートと天然変性領域の役割を明らかにする：カエル卵抽出液を用いた実験系に加えて、各種機能アッセイ系を組み合わせることにより、コンデンシンIの細胞周期制御の一端を明らかにすることを目指す。