発展型再構成系を用いた分裂期染色体構築メカニズムの解析

• 研究課題/領域番号: 18H02381
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分43010:分子生物学関連
• 研究機関: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: 新冨 圭史 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 専任研究員 (60462694)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円); 2020年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円); 2019年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円); 2018年度: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
• キーワード: 染色体 / 再構成 / トポⅡ / コンデンシン / カエル卵抽出液 / トポイソメラーゼ / トポII / トポイソメラーゼⅡ / 分裂期 / トポイソメラーゼII / ヌクレオソーム / DNAトポロジー

研究成果の概要

トポイソメラーゼⅡα（トポⅡα）は分裂期染色体構築に不可欠なタンパク質である。本研究では、染色体再構成を用いてトポⅡαの作用機序に迫った。まず、トポⅡαの染色体軸への集積にC末端ドメイン（CTD）が重要であることを示した。次に、トポⅡαが、異なる染色体間のDNAの絡まりをほどくだけでなく、CTDに依存的に染色体軸周辺で同一染色体内に絡まりを作ることを見いだした。さらに、トポⅡαがCTDを利用して異常なクロマチン凝集体の形成を抑制することも明らかにした。これらの結果から、トポⅡαが染色体内の「密」な環境に入り込んで酵素活性を発揮するという、新しい染色体構築メカニズムを提唱した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究成果は、細胞の分裂期におけるトポⅡαの役割を初めて明確に示したものであり、染色体の構造と機能を大きく進展させるものである。さらに、トポⅡαは抗がん剤の標的タンパク質として知られているだけでなく、核移植によってクローン個体を作出する技術との関連も示唆されていることから、実学的研究にも大きなインパクトを与えると期待される。

研究成果

• [国際共同研究] カリフォルニア大学バークレー校(米国)
• [雑誌論文] Guiding functions of the C-terminal domain of topoisomerase IIα advance mitotic chromosome assembly (2021)
  • 著者名/発表者名: Keishi Shintomi and Tatsuya Hirano
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: - 号: 1 ページ: 2917-2917
  • DOI: 10.1038/s41467-021-23205-w
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Reconstitution of Mitotic Chromatids In Vitro (2018)
  • 著者名/発表者名: Shintomi Keishi、Hirano Tatsuya
  • 雑誌名: Current Protocols in Cell Biology 巻: 79 号: 1
  • DOI: 10.1002/cpcb.48
  • 査読あり
• [学会発表] 染色体内の混雑した環境におけるトポイソメラーゼⅡαのはたらき (2021)
  • 著者名/発表者名: 新冨圭史
  • 学会等名: 新学術領域「非ゲノム情報複製」主催ウェビナー
  • 招待講演
• [学会発表] 染色体内の混雑した環境におけるトポイソメラーゼⅡαのはたらき (2021)
  • 著者名/発表者名: 新冨圭史、平野達也
  • 学会等名: 第38回 染色体ワークショップ・第19回 核ダイナミクス研究会
• [学会発表] Reprogramming somatic cell nuclei in Xenopus egg extracts (2020)
  • 著者名/発表者名: Keishi Shintomi
  • 学会等名: 第93回 日本生化学会大会
  • 招待講演
• [学会発表] Topoisomerase IIa utilizes its C-terminal domain to work in crowded environments of mitotic chromosome assembly (2020)
  • 著者名/発表者名: Keishi Shintomi and Tatsuya Hirano
  • 学会等名: 第43回 日本分子生物学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] Making a chromosome from scratch: a powerful approach to dissecting mitotic functions of topoisomerase II alpha (2019)
  • 著者名/発表者名: Keishi Shintomi
  • 学会等名: EMBO Workshop - DNA topology and topoisomerase in genome dynamics
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Making a chromosome from scratch: a powerful approach to dissecting mitotic functions of topoisomerase II alpha (2019)
  • 著者名/発表者名: Keishi Shintomi
  • 学会等名: 第４2回日本分子生物学会年
• [学会発表] 染色体再構成によって見えてきたトポⅡの役割 (2019)
  • 著者名/発表者名: 新冨圭史
  • 学会等名: 遺伝研研究会：クロマチン・細胞核の形成とダイナミクスによるゲノム制御
  • 招待講演
• [学会発表] 再構成系の洗練化を通じた染色体構築メカニズムの解明 (2019)
  • 著者名/発表者名: 新冨圭史, 平野達也
  • 学会等名: 第36回染色体ワークショップ・第17回核ダイナミクス研究会
• [学会発表] Toward the development of a “next-generation” mitotic chromatid reconstitution assay. (2018)
  • 著者名/発表者名: Keishi Shintomi, Tatusya Hirano
  • 学会等名: 第41回日本分子生物学会年会
  • 招待講演
• [備考] 理化学研究所 平野染色体ダイナミクス研究室
  • URL: http://www2.riken.jp/chromdyna/
• [備考] 所属研究室ウェブサイト
  • URL: http://www2.riken.jp/chromdyna/
• [備考] research map
  • URL: https://researchmap.jp/k_shintomi