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生細胞における超高解像度DNA多色イメージングによる分裂期染色体構造の解明

研究課題

研究課題/領域番号 16H06212
研究種目

若手研究(A)

配分区分補助金
研究分野 応用分子細胞生物学
研究機関国立研究開発法人産業技術総合研究所

研究代表者

高田 英昭  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域, 主任研究員 (20455207)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
16,770千円 (直接経費: 12,900千円、間接経費: 3,870千円)
2018年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2017年度: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円)
2016年度: 7,410千円 (直接経費: 5,700千円、間接経費: 1,710千円)
キーワード染色体 / クロマチン / イメージング / カルシウム / リン酸化 / CRISPR imaging / ゲノム編集 / CRISPR/Cas9 / 細胞分裂 / 生細胞イメージング / DNA相互作用
研究成果の概要

本研究では分裂期染色体構造構築機構を明らかにするために、FLIM-FRETや超解像度顕微鏡法を用いて染色体構成因子の機能解析を進めるとともに、ゲノム編集技術を応用したCRISPR/dCas9システムによる生細胞内での配列特異的DNA可視化を行った。その結果、カルシウムイオンが分裂期において核膜崩壊後の染色体凝縮や染色体動態に必要であることを示した。また、染色体の骨格構造を形成する蛋白質の一つであるKIF4AがCdk1によりリン酸化されることで、コンデンシンI複合体を染色体にリクルートし、染色体凝縮を進めることを示した。細胞老化や細胞の癌化に伴うクロマチン構造の変化を検出することにも成功した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究により、分裂期における染色体凝縮には蛋白質だけでなくカルシウムイオンの働きも必要であることを示した。このため、細胞内カルシウムイオン制御に関わる遺伝子異常が染色体異常につながる可能性が考えられる。また、KIF4AのCdk1によるリン酸化が染色体凝縮を開始するカギの一つであることを示し、分裂期初期の染色体凝縮機構の解明が進んだ。さらに、本研究で構築したCRISP/dCas9システムを活用することで、細胞状態変化に伴うクロマチン構造変化と遺伝子発現変化との関連を調べることで、将来的に生命現象の理解や疾患モニタリングへの応用等が期待できる。

報告書

(4件)
  • 2018 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2017 実績報告書
  • 2016 実績報告書
  • 研究成果

    (14件)

すべて 2018 2017 2016 その他

すべて 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 3件、 査読あり 4件、 オープンアクセス 4件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 4件、 招待講演 4件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] Cdk1-dependent phosphorylation of KIF4A at S1186 triggers lateral chromosome compaction during early mitosis2018

    • 著者名/発表者名
      Hideaki Takata, Marliza Madung, Kaoru Katoh, Kiichi Fukui
    • 雑誌名

      PLoS ONE

      巻: 13(12) 号: 12 ページ: e0209614-e0209614

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0209614

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Calcium depletion destabilises kinetochore fibres by the removal of CENP-F from the kinetochore2017

    • 著者名/発表者名
      Phengchat Rinyaporn、Takata Hideaki、Uchiyama Susumu、Fukui Kiichi
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 7 号: 1 ページ: 7355-7355

    • DOI

      10.1038/s41598-017-07777-6

    • NAID

      120006995023

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Interdependency and phosphorylation of KIF4 and condensin I are essential for organization of chromosome scaffold2017

    • 著者名/発表者名
      Poonperm Rawin、Takata Hideaki、Uchiyama Susumu、Fukui Kiichi
    • 雑誌名

      PLOS ONE

      巻: 12 号: 8 ページ: e0183298-e0183298

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0183298

    • NAID

      120006995026

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Calcium ions function as a booster of chromosome condensation.2016

    • 著者名/発表者名
      Phengchat, R., Takata, H., Morii, K., Inada, N., Murakoshi, H., Uchiyama, S., and Fukui, K.
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 6 号: 1 ページ: 38281-38281

    • DOI

      10.1038/srep38281

    • NAID

      120006995007

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Chromosome structural analysis using imaging techniques2018

    • 著者名/発表者名
      Hideaki Takata
    • 学会等名
      13th India-Japan Bilateral Conference
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Chromosomal proteins required for authentic chromosome morphology.2018

    • 著者名/発表者名
      Hideaki Takata
    • 学会等名
      2nd e-ASIA Symposium on Functional Nano-Biology
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 超解像イメージングにより明らかとなった新たな染色体構造2018

    • 著者名/発表者名
      高田英昭, Rawin Poonperm, 加藤薫, 松田厚志, 平岡泰, 福井希一
    • 学会等名
      第27回日本バイオイメージング学会学術集会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Studies on the condensation mechanism of mitotic chromosomes and its biological significance2018

    • 著者名/発表者名
      Hideaki Takata
    • 学会等名
      6th Asia-Pacific Chromosome Colloquium
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Imaging of chromatin condensation by FLIM-FRET reveals new calcium functions during mitosis2018

    • 著者名/発表者名
      Hideaki Takata
    • 学会等名
      Workshop in The First RCB Bioimaging School
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 高感度DNA凝縮評価システムにより明らかとなったカルシウムイオンの新たな機能2018

    • 著者名/発表者名
      Hideaki Takata
    • 学会等名
      関西バイオ医療研究会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 分裂期染色体におけるカルシウムイオンの機能解析2017

    • 著者名/発表者名
      Hideaki Takata
    • 学会等名
      染色体学会第68回年会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] FLIM-FRETを用いた染色体凝縮における二価陽イオンの機能解析2017

    • 著者名/発表者名
      Hideaki Takata
    • 学会等名
      第69回日本細胞生物学会大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [備考] カルシウムイオンの欠乏が染色体異常を引き起こす原因を解明

    • URL

      http://www.aist.go.jp/aist_j/press_release/pr2017/pr20170807/pr20170807.html

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [備考] カルシウムイオンの欠乏が細胞分裂異常を誘導する

    • URL

      http://resou.osaka-u.ac.jp/ja/research/2016/20161202_1

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書

URL: 

公開日: 2016-04-21   更新日: 2020-03-30  

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