Regulation of the Chromosomal Passenger Complex identifies pathology of chromosomal instability in cancers

• Project/Area Number: 18H04034
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Medium-sized Section 50:Oncology and related fields
• Research Institution: Japanese Foundation for Cancer Research
• Principal Investigator: 広田 亨 公益財団法人がん研究会, がん研究所 実験病理部, 部長 (50421368)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2022-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥43,810,000 (Direct Cost: ¥33,700,000、Indirect Cost: ¥10,110,000); Fiscal Year 2021: ¥11,830,000 (Direct Cost: ¥9,100,000、Indirect Cost: ¥2,730,000); Fiscal Year 2020: ¥13,910,000 (Direct Cost: ¥10,700,000、Indirect Cost: ¥3,210,000); Fiscal Year 2019: ¥8,580,000 (Direct Cost: ¥6,600,000、Indirect Cost: ¥1,980,000); Fiscal Year 2018: ¥9,490,000 (Direct Cost: ¥7,300,000、Indirect Cost: ¥2,190,000)
• Keywords: 染色体分配 / 分裂期キナーゼ / 動原体 / セントロメア / 染色体不安定性 / Aurora B / HP1 / タンパク質構造解析 / がん / M期キナーゼ / 構造解析

Outline of Annual Research Achievements

Aurora Bによる動原体分子のリン酸化はその重要性にも拘わらず、実際には酵素と基質が空間的に離れていることは看過され、キナーゼ活性がいかに基質に届くのかは不明であった。今年度は以下のとおり、セントロメアにアンカーしたCPCがいかにして動原体に届くのかを説明するうえで重要な知見が得られた。これによって、INCENPの伸長可能距離によりAurora Bの活性が及ぶ範囲が規定されるので「なぜ正しい結合は安定だが、エラーは解消されるのか」という「結合エラーの選択的修復機構」の解明に向けてさらに研究を進めていきたい。

１）Aurora B複合体を精製したリコンビナントタンパク質を取得し、その液体中の動態を高速原子間力顕微鏡(AFM)で解析したところ、タンパク質の構造予測のとおり、この複合体は伸長と収縮を繰り返す動的構造をとることが示された。
２）Aurora B複合体の動態はHP1の存在によって伸長したコンフォマーが安定的に観察された。このこととから、HP1がCPCに結合することで複合体全体の構造変化をきたし、それが動原体分子のリン酸化反応を促進する可能性が導き出された。
３）CPC複合体におけるAurora BとINCENPのアミノ末端側は、収縮時には近傍に位置しFRET反応が起こるが、伸長時にはそれが起こらなくなると予測される。このコンフォマーの変化を細胞内で捉えるためにFRET反応を利用したプローブの構築を進めた。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

CPC複合体のなかでINCENPの発現量が低くかつ不安定であり、精製リコンビナントタンパク質の取得法の至適化に時間を要した。試行錯誤ののち、ようやく安定供給が可能になったので今後の研究の速度を戻していき遅れを取り戻したい。

Strategy for Future Research Activity

試験管内でCPC複合体の構造特性が再現性をもって見えてきている。今後は、それが細胞のなかのどのような状況で利用されているのか、その構造特性の意義を追求していく。それを明らかにしていくことによってがん細胞のCPCの機能低下を説明に繋いでいきたい。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Colorado State University(米国)
  • Country Name: 米国
  • Counterpart Institution: Colorado State University
• [Int'l Joint Research] Colorado State University(米国)
  • Country Name: 米国
  • Counterpart Institution: Colorado State University
• [Int'l Joint Research] European Molecular Biology Organization(ドイツ)
  • Country Name: ドイツ
  • Counterpart Institution: European Molecular Biology Organization
• [Journal Article] Folding the genome into mitotic chromosomes (2019)
  • Author(s): Takahashi Motoko、Hirota Toru
  • Journal Title: Current Opinion in Cell Biology Volume: 60 Pages: 19-26
  • DOI: 10.1016/j.ceb.2019.03.005
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Cdk1-mediated DIAPH1 phosphorylation maintains metaphase cortical tension and inactivates the spindle assembly checkpoint at anaphase (2019)
  • Author(s): Nishimura Koutarou、Johmura Yoshikazu、Deguchi Katashi、Jiang Zixian、Uchida Kazuhiko S. K.、Suzuki Narumi、Shimada Midori、Chiba Yoshie、Hirota Toru、Yoshimura Shige H.、Kono Keiko、Nakanishi Makoto
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 10 Pages: 981-993
  • DOI: 10.1038/s41467-019-08957-w
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Enrichment of CLDN18‐ARHGAP fusion gene in gastric cancers in young adults (2019)
  • Author(s): Nakayama Izuma、Shinozaki Eiji、Sakata Seiji、Yamamoto Noriko、Fujisaki Junko、Muramatsu Yusuke、Hirota Toru、Takeuchi Kengo、Takahashi Shunji、Yamaguchi Kensei、Noda Tetsuo
  • Journal Title: Cancer Science Volume: 110 Pages: 1352-1363
  • DOI: 10.1111/cas.13967
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Dynamics of sister chromatids through the cell cycle: Together and apart (2018)
  • Author(s): Takahashi Motoko、Hirota Toru
  • Journal Title: The Journal of Cell Biology Volume: 217 Pages: 1887～1889
  • DOI: 10.1083/jcb.201804091
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Nucleolar integrity during interphase supports faithful Cdk1 activation and mitotic entry (2018)
  • Author(s): Hayashi Yuki、Fujimura Akiko、Kato Kazashi、Udagawa Rina、Hirota Toru、Kimura Keiji
  • Journal Title: Science Advances Volume: 4 Pages: eaap7777
  • DOI: 10.1126/sciadv.aap7777
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Quantitative analyses of the metaphase-to-anaphase transition reveal differential kinetic regulation for securin and cyclin </b><b>B1 </b> (2018)
  • Author(s): KONISHI Makoto、SHINDO Norihisa、KOMIYA Masataka、TANAKA KOZO、ITOH Takehiko、HIROTA Toru
  • Journal Title: Biomedical Research Volume: 39 Pages: 75～85
  • DOI: 10.2220/biomedres.39.75
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] The homeostatic control of chromosomes. Symposium (Organizer) (2019)
  • Author(s): Toru Hirota and Katsuhiko Shirahige
  • Organizer: The 71st Annual meeting of the Japan Society for Cell Biology (JSCB)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] A robust control of mitotic transitions prevents chromosome missegregation. (2019)
  • Author(s): Toru Hirota
  • Organizer: International Symposium Cancer Etiology. Tohoku Forum for Creativity
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Chromosome dynamics in cancers. Symposium (Organizer) (2019)
  • Author(s): Toru Hirota and Satoshi Tashiro
  • Organizer: The 78th Annual meeting of the Japanese Cancer Association (JCA)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Possible contribution of chromosomal instability in cancer progression. (2019)
  • Author(s): Jo Minji, Oltea Sampetrean, Hideyuki Saya, Toru Hirota
  • Organizer: The 78th Annual meeting of the Japanese Cancer Association (JCA)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Spatial control of Aurora B activity at centromeres in mitosis. (2019)
  • Author(s): Toru Hirota
  • Organizer: The 42nd Annual meeting of the Molecular Biology Society of Japan (MBSJ)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Characterization of DNA binding mode of human condensin I and II. (2018)
  • Author(s): Motoko Takahashi and Toru Hirota
  • Organizer: The 7th Meeting on Grant-in-Aid for scientific research on innovative areas “Chromosome Orchestration System”
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] A robust transition from metaphase to anaphase prevents chromosome missegregation (2018)
  • Author(s): Toru Hirota
  • Organizer: The 77th Annual meeting of the Japanese Cancer Association (JCA)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Single stranded DNA in interphase is a key chromatin structure for mitotic chromosome organization (2018)
  • Author(s): Motoko Takahashi and Toru Hirota
  • Organizer: The 11th 3R+3C Symposium
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Troubles of the brake and engine driving chromosome segregation in cancer (2018)
  • Author(s): Toru Hirota
  • Organizer: Symposium. Genoproteomic signature of human diseases
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] A robust control of metaphase-to-anaphase transition ensures stable chromosome segregation (2018)
  • Author(s): Toru Hirota
  • Organizer: The 41st Annual meeting of the Molecular Biology Society of Japan (MBSJ)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Book] 染色体分配：マルチステップに進む姉妹染色分体の分離. 実験医学 (2018)
  • Author(s): 内田和彦、広田 亨
  • Total Pages: 6
  • Publisher: 羊土社
• [Remarks] がん研究所実験病理部・広田亨研究室
  • URL: http://www.jfcr.or.jp/tci/exppathol/
• [Remarks] Researchmap（広田 亨）
  • URL: https://researchmap.jp/toru_hirota/
• [Remarks] がん研究所実験病理部
  • URL: http://www.jfcr.or.jp/tci/exppathol/
• [Remarks] がん研究会がん研究所
  • URL: http://www.jfcr.or.jp/laboratory/index.html
• [Patent(Industrial Property Rights)] HP1の機能に着目した抗がん剤のスクリーニング方法及び評価系 (2019)
  • Inventor(s): 広田 亨、阿部 優介
  • Industrial Property Rights Holder: 広田 亨、阿部 優介
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 特願2019-168849号
• [Patent(Industrial Property Rights)] HP1の機能に着目した抗がん剤のスクリーニング方法及び評価系 (2019)
  • Inventor(s): 広田 亨、阿部 優介
  • Industrial Property Rights Holder: 広田 亨、阿部 優介
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 特許第6591036号
• [Funded Workshop] The 37th Chromosome Workshop (2019)
• [Funded Workshop] The 11th 3R+3C Symposium (2018)