最先端遺伝学・光遺伝学技術を駆使した哺乳類細胞の等分裂制御原理の追究

• 研究課題/領域番号: 17H05002
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 細胞生物学
• 研究機関: 沖縄科学技術大学院大学 (2020); 名古屋大学 (2017-2019)
• 研究代表者: 清光 智美 沖縄科学技術大学院大学, 細胞分裂動態ユニット, 准教授 (10503443)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 26,260千円 (直接経費: 20,200千円、間接経費: 6,060千円); 2020年度: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円); 2019年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円); 2018年度: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円); 2017年度: 11,700千円 (直接経費: 9,000千円、間接経費: 2,700千円)
• キーワード: 細胞分裂 / 紡錘体 / 光操作 / オーキシン誘導デグロン / NuMA / Ran-GTP / ダイニン / 等分裂 / dynein / 紡錘体配置 / 光遺伝学

研究成果の概要

本研究では、CRISPR/Cas9、オーキシン誘導デグロン(AID)、光操作という先端技術をヒト培養細胞に用い、等分裂の前提となる分裂期紡錘体の形成と配置制御の仕組みについて研究を行なった。光操作を用いて、紡錘体牽引装置の機能中枢を同定し、AIDを用いて、分裂期Ran-GTPの紡錘体形成機能について理解を進めた。それぞれの成果を、eLife誌とCurrent Biology誌に公表した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

多細胞生物の発生過程において、細胞は「紡錘体の細胞内配置」を巧みに制御することによって、細胞内外の極性因子の分配や娘細胞のサイズを決め、多様な組織を形成している。紡錘体の配置は、細胞表層に構成される紡錘体牽引装置によって制御されるが、本研究によって、その機能中枢は、Dynein-Dynactin-NuMAの集合体であることを明らかにした。また紡錘体の配置を光で操作することにも成功したため、今後、細胞分裂の対称性・非対称性制御の理解を進めることができる。またAID法を用いて、分裂期特異的に標的タンパクを分解する系の樹立にも成功した。本成果は、今後様々な紡錘体関連因子の機能の理解に貢献できる。

研究成果

• [雑誌論文] Ran-GTP Is Non-essential to Activate NuMA for Mitotic Spindle-Pole Focusing but Dynamically Polarizes HURP Near Chromosomes (2021)
  • 著者名/発表者名: Tsuchiya Kenta、Hayashi Hisato、Nishina Momoko、Okumura Masako、Sato Yoshikatsu、Kanemaki Masato T.、Goshima Gohta、Kiyomitsu Tomomi
  • 雑誌名: Current Biology 巻: 31 号: 1 ページ: 115-127.e3
  • DOI: 10.1016/j.cub.2020.09.091
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Importin-β targets HURP to kinetochore-fibers in coordination with Ran-GTP in human mitotic cells (2018)
  • 著者名/発表者名: Tsuchiya K, Hayashi H, Nishina M, Okumura M, Kanemaki MT, Goshima G, Kiyomitsu T
  • 雑誌名: bioRxiv 巻: 1 ページ: 1-31
  • DOI: 10.1101/473538
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Dynein-Dynactin-NuMA clusters generate cortical spindle-pulling forces as a multi-arm ensemble (2018)
  • 著者名/発表者名: Okumura Masako、Natsume Toyoaki、Kanemaki Masato T、Kiyomitsu Tomomi
  • 雑誌名: eLife 巻: 7 ページ: 1-24
  • DOI: 10.7554/elife.36559
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Mechanisms of Ran-based mitotic spindle assembly revealed by auxin-mediated rapid protein knock-down (2020)
  • 著者名/発表者名: Tomomi Kiyomitsu
  • 学会等名: The 43rd Annual Meeting of the Molecular Biology Society of Japan
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] The development of mitosis-specific rapid protein-degradation assays in human cells (2019)
  • 著者名/発表者名: Tomomi Kiyomitsu
  • 学会等名: EMBO/EMBL symposium, Seeing is Believing
  • 国際学会
• [学会発表] 光操作と急速分解、二刀流でダイニンの分裂期機能に迫る (2019)
  • 著者名/発表者名: 清光智美
  • 学会等名: 分子モーター討論会
  • 招待講演
• [学会発表] Mechanisms of dynein-based force generation at the cell cortex and spindle poles during metaphase (2018)
  • 著者名/発表者名: Kiyomitsu T
  • 学会等名: The 41st Annual Meeting of the Molecular Biology Society of Japan
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Optogenetic reconstitution reveals that Dynein-Dynactin-NuMA clusters generate cortical spindle-pulling forces as a multi-arm ensemble. (2018)
  • 著者名/発表者名: Kiyomitsu T
  • 学会等名: EMBO microtubule meeting
  • 国際学会
• [図書] 実験医学-クローズアップ実験法 (2019)
  • 著者名/発表者名: 清光智美
  • 出版者: 羊土社
• [備考] 生命の核心を探る細胞分裂研究
  • URL: https://www.oist.jp/ja/news-center/news/2021/2/3/35890
• [備考] 世界初! 光で細胞分裂装置の操作に成功~体作りに重要な細胞分裂の仕組みの理解促進に期待~
  • URL: http://www.nagoya-u.ac.jp/about-nu/public-relations/researchinfo/upload_images/20180709_sci_1.pdf