染色体分配に最適化した分裂期染色体の物性の解明

• 研究領域: ＤＮＡの物性から理解するゲノムモダリティ
• 研究課題/領域番号: 21H05738
• 研究種目: 学術変革領域研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 学術変革領域研究区分(Ⅲ)
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 田中 耕三 東北大学, 加齢医学研究所, 教授 (00304452)
• 研究期間 (年度): 2021-09-10 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 13,000千円 (直接経費: 10,000千円、間接経費: 3,000千円); 2022年度: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円); 2021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 / 細胞 / 癌

研究開始時の研究の概要

本研究では、分裂期染色体の物性に着目し、その形状や可塑性がどのように染色体分配に最適化されているのかを明らかにすることを目的とする。分裂期の染色体は、凝縮して個別化される一方、染色体分配の過程で大きく形を変えるが、その基盤となる物性や、染色体分配への寄与については不明な点が多い。本研究では、特定の染色体の末端を可視化し、染色体の形状変化をリアルタイムで観察することにより、この点を明らかにする。

研究実績の概要

本研究では、分裂期染色体の物性に着目し、その形状や可塑性がどのように染色体分配に最適化されているのかを明らかにすることを目的とする。分裂期の染色体は、凝縮して個別化される一方、染色体分配の過程で大きく形を変えるが、その基盤となる物性や、染色体分配への寄与については不明な点が多い。本研究では、特定の染色体の末端を可視化し、染色体の形状変化をリアルタイムで観察することにより、この点を明らかにする。2021年度には、1番染色体短腕を可視化したRPE-1細胞、2番染色体の両腕を可視化したU2OS細胞を樹立し、細胞分裂期の染色体運動に伴う染色体の形状を観察した。これを踏まえ、2022年度には以下のような成果が得られた。
1. 分裂期における染色体の形状変化の解析　正常ヒト網膜色素上皮細胞株RPE-1とラットカンガルー細胞PtK1において、紡錘体の双極性の維持に必要なEg5を阻害することによって形成される単極紡錘体上での染色体の反復運動（オシレーション）に伴う染色体の形状変化を観察した。その結果、キネトコアと微小管の結合状態の違いによって、染色体の可塑性に違いが見られることが示唆された。
2. 染色体の大きさの違いによる紡錘体上での動態の解析　1番染色体を可視化したRPE-1細胞において、分裂期進行における1番染色体の紡錘体上での位置を観察した。その結果、1番染色体は高い確率で紡錘体の外側に位置することがわかった。またPtK1細胞で分裂期進行における染色体の紡錘体上での動態を観察したところ、大きい染色体が紡錘体の外側に留まるのに対して、小さい染色体は紡錘体の内側に入りやすい傾向が見られ、染色体の大きさによって紡錘体上での動態に違いが見られることが示唆された。

現在までの達成度 (段落)

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] 染色体分配における染色体オシレーションの役割 (2022)
  • 著者名/発表者名: 家村 顕自、田中 耕三
  • 雑誌名: 生化学 巻: 94 号: 3 ページ: 433-437
  • DOI: 10.14952/SEIKAGAKU.2022.940433
  • ISSN: 0037-1017
  • 年月日: 2022-06-25
• [雑誌論文] High levels of chromosomal instability facilitate the tumor growth and sphere formation (2022)
  • 著者名/発表者名: Iemura Kenji、Anzawa Hayato、Funayama Ryo、Iwakami Runa、Nakayama Keiko、Kinoshita Kengo、Tanaka Kozo
  • 雑誌名: Cancer Science 巻: 113 号: 8 ページ: 2727-2737
  • DOI: 10.1111/cas.15457
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Autocleavage of separase suppresses its premature activation by promoting binding to cyclin B1 (2022)
  • 著者名/発表者名: Shindo Norihisa、Kumada Kazuki、Iemura Kenji、Yasuda Jun、Fujimori Haruna、Mochizuki Mai、Tamai Keiichi、Tanaka Kozo、Hirota Toru
  • 雑誌名: Cell Reports 巻: 41 号: 9 ページ: 111723-111723
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2022.111723
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A mathematical model of kinetochore-microtubule attachment regulated by Aurora A activity gradient describes chromosome oscillation and correction of erroneous attachments (2021)
  • 著者名/発表者名: Campos Medina Manuel Alejandro、Iemura Kenji、Kimura Akatsuki、Tanaka Kozo
  • 雑誌名: Biomedical Research 巻: 42 号: 5 ページ: 203-219
  • DOI: 10.2220/biomedres.42.203
  • NAID: 130008090723
  • ISSN: 0388-6107, 1880-313X
  • 年月日: 2021-09-21
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] TORC1 inactivation promotes APC/C-dependent mitotic slippage in yeast and human cells (2021)
  • 著者名/発表者名: Chihiro Yamada, Aya Morooka, Seira Miyazaki, Masayoshi Nagai, Satoru Mase, Kenji Iemura, Most Naoshia Tasnin, Tsuneyuki Takuma, Shotaro Nakamura, Shamsul Morshed, Naoki Koike, Md. Golam Mostofa, Muhammad Arifur Rahman, Tasnuva Sharmin, Haruko Katsuta, Kotaro Ohara, Kozo Tanaka, and Takashi Ushimaru
  • 雑誌名: iScience 巻: 25 号: 2 ページ: 103675-103675
  • DOI: 10.1016/j.isci.2021.103675
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Attenuated Chromosome Oscillation as a Cause of Chromosomal Instability in Cancer Cells (2021)
  • 著者名/発表者名: Iemura Kenji、Yoshizaki Yujiro、Kuniyasu Kinue、Tanaka Kozo
  • 雑誌名: Cancers 巻: 13 号: 18 ページ: 4531-4531
  • DOI: 10.3390/cancers13184531
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Chromosome alignment‐maintaining phosphoprotein CHAMP1 plays a role in cell survival through regulating Mcl‐1 expression (2021)
  • 著者名/発表者名: Hino Maho、Iemura Kenji、Ikeda Masanori、Itoh Go、Tanaka Kozo
  • 雑誌名: Cancer Science 巻: 112 号: 9 ページ: 3711-3721
  • DOI: 10.1111/cas.15018
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Chromosome oscillation promotes Aurora A-dependent Hec1 phosphorylation and mitotic fidelity (2021)
  • 著者名/発表者名: Kenji Iemura, Toyoaki Natsume, Kayoko Maehara, Masato T. Kanemaki, and Kozo Tanaka
  • 雑誌名: Journal of Cell Biology 巻: in press 号: 7
  • DOI: 10.1083/jcb.202006116
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Kinetochore stretching-mediated rapid silencing of the spindle-assembly checkpoint required for failsafe chromosome segregation (2021)
  • 著者名/発表者名: Uchida Kazuhiko S.K.、Jo Minji、Nagasaka Kota、Takahashi Motoko、Shindo Norihisa、Shibata Katsushi、Tanaka Kozo、Masumoto Hiroshi、Fukagawa Tatsuo、Hirota Toru
  • 雑誌名: Current Biology 巻: - 号: 8 ページ: 1581-1591.e3
  • DOI: 10.1016/j.cub.2021.01.062
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 分裂期における任意の染色体の動態観察システムの構築と解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 國安 絹枝,石川 裕大,田中 耕三
  • 学会等名: 第74回日本細胞生物学会大会
• [学会発表] 加齢に伴って蓄積する酸化ストレスの染色体不安定性への影響の解明 (2022)
  • 著者名/発表者名: 陳冠, 家村顕自, 田中耕三
  • 学会等名: 第74回日本細胞生物学会大会
• [学会発表] がん細胞での染色体不安定性の原因としての染色体オシレーションの減弱 (2022)
  • 著者名/発表者名: 田中耕三
  • 学会等名: JSA open symposium 2022
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] がんにおける染色体不安定性の原因とその影響 (2022)
  • 著者名/発表者名: 田中耕三
  • 学会等名: 第327回がんセンターセミナー
  • 招待講演
• [学会発表] 細胞外液性因子を介した染色体不安定性の誘導機構 (2022)
  • 著者名/発表者名: 家村顕自、田中耕三
  • 学会等名: 第1回 細胞分裂研究会
• [学会発表] 任意の染色体の動態観察システムの構築と解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 國安絹枝,石川裕大,田中耕三
  • 学会等名: 第1回細胞分裂研究会
• [学会発表] Survival strategies of cancer cells against chromosomal instability (2022)
  • 著者名/発表者名: 家村顕自、田中耕三
  • 学会等名: 第81回日本癌学会学術総会
• [学会発表] Chromosomal instability induced by chromosome dynamics in cancer cells (2022)
  • 著者名/発表者名: 田中耕三
  • 学会等名: The 17th International Symposium of the Institute Network for Biomedical Sciences
  • 国際学会
• [学会発表] 任意の染色体の動態観察システムの構築と解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 國安絹枝,石川裕大,田中耕三
  • 学会等名: 第95回日本生化学会大会
• [学会発表] がん細胞液性因子は染色体不安定性を惹起する (2022)
  • 著者名/発表者名: 家村顕自、田中耕三
  • 学会等名: 第45回日本分子生物学会年会
• [学会発表] 生細胞での任意の染色体動態観察システムの構築 (2022)
  • 著者名/発表者名: 國安絹枝,石川裕大,田中耕三
  • 学会等名: 第45回日本分子生物学会年会
• [学会発表] 加齢に伴って蓄積する酸化ストレスがの染色体不安定性を誘発する (2022)
  • 著者名/発表者名: 陳冠, 家村顕自, 田中耕三
  • 学会等名: 第45回日本分子生物学会年会
• [学会発表] KIF18Aの紡錘体形成と染色体オシレーションに関する機能の関連 (2022)
  • 著者名/発表者名: 佐藤杏美, 家村顕自, 田中耕三
  • 学会等名: 第45回日本分子生物学会年会
• [学会発表] 異数性がん細胞液性因子による染色体不安定性の誘導機構 (2022)
  • 著者名/発表者名: 家村顕自、田中耕三
  • 学会等名: 第40回染色体ワークショップ第21回核ダイナミクス研究会
• [学会発表] 増殖選択圧下のがん細胞増殖における染色体不安定性の役割 (2021)
  • 著者名/発表者名: 家村顕自、田中耕三
  • 学会等名: 日本生化学会東北支部第87回例会・シンポジウム
• [学会発表] 任意の染色体の分裂期における動態解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 國安絹枝、田中耕三
  • 学会等名: 日本生化学会東北支部第87回例会・シンポジウム
• [学会発表] マウス初代線維芽細胞における加齢に伴う染色体不安定性の解明 (2021)
  • 著者名/発表者名: 陳冠、家村顕自、田中耕三
  • 学会等名: 日本生化学会東北支部第87回例会・シンポジウム
• [学会発表] 染色体オシレーションによる染色体安定性維持機構 (2021)
  • 著者名/発表者名: 田中耕三
  • 学会等名: 第64回HiHA(広島大学健康長寿研究拠点) Webinar
  • 招待講演
• [学会発表] 染色体オシレーション運動による染色体安定性の維持機構 (2021)
  • 著者名/発表者名: 家村顕自、田中耕三
  • 学会等名: 第73回日本細胞生物学会大会
  • 招待講演
• [学会発表] Reduced mitotic chromosome dynamics causes chromosomal instability in cancer cells (2021)
  • 著者名/発表者名: 家村顕自、田中耕三
  • 学会等名: 第80回日本癌学会学術総会
  • 国際学会
• [学会発表] Dysregulation of kinetochore properties in cancer cells and its importance for chromosomal stability (2021)
  • 著者名/発表者名: 池田真教、田中耕三
  • 学会等名: 第80回日本癌学会学術総会
  • 国際学会
• [学会発表] がん細胞の増殖優位性獲得課程における染色体不安定性の役割 (2021)
  • 著者名/発表者名: 家村顕自、田中耕三
  • 学会等名: 第94回日本生化学会大会
• [学会発表] Physical property of mitotic chromosomes optimized for chromosome segregation (2021)
  • 著者名/発表者名: Kozo Tanaka
  • 学会等名: 学術変革領域研究A DNAの物性から理解するゲノムモダリティ領域会議
  • 国際学会
• [学会発表] 染色体オシレーション運動による堅牢な染色体分配システムは細胞老化の進行とともに抑制される (2021)
  • 著者名/発表者名: 家村顕自、田中耕三
  • 学会等名: 第44回日本分子生物学会年会
• [学会発表] α-チューブリン脱チロシン化の時空間的制御の理解に向けて (2021)
  • 著者名/発表者名: 池田真教、鈴木康弘、田中耕三、佐藤靖史
  • 学会等名: 第44回日本分子生物学会年会
• [学会発表] 加齢に伴って生じる染色体不安定性への酸化ストレスの影響の解明 (2021)
  • 著者名/発表者名: 陳冠、家村顕自、田中耕三
  • 学会等名: 第44回日本分子生物学会年会
• [学会発表] 知的障害関連因子CHAMP1変異のDNA二本鎖切断修復に与える影響 (2021)
  • 著者名/発表者名: 大内勇之介、池田真教、田中耕三
  • 学会等名: 第44回日本分子生物学会年会
• [学会発表] 染色体ラベリングにおけるdCas9のサブテロメアへの結合が細胞増殖および染色体分配に与える影響 (2021)
  • 著者名/発表者名: 都築美香、國安絹枝、田中耕三
  • 学会等名: 第44回日本分子生物学会年会
• [学会発表] クロモキネシンは染色体腕部の早期分離を抑制する (2021)
  • 著者名/発表者名: 家村顕自、都築美香、國安絹枝、田中耕三
  • 学会等名: 第39回染色体ワークショップ・第20回核ダイナミクス研究会
• [学会発表] 分裂期を通した任意の染色体の動態観察システムの構築 (2021)
  • 著者名/発表者名: 國安絹枝、石川裕大、田中耕三
  • 学会等名: 第39回染色体ワークショップ・第20回核ダイナミクス研究会
• [学会発表] 知的障害関連因子CHAMP1変異によるDNA二本鎖切断修復への影響 (2021)
  • 著者名/発表者名: 大内勇之介、池田真教、田中耕三
  • 学会等名: 第39回染色体ワークショップ・第20回核ダイナミクス研究会
• [学会発表] がん細胞における動原体サイズ制御の破綻と染色体安定性維持機構に及ぼす影響の解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 岩上瑠奈、池田真教、田中耕三
  • 学会等名: 第39回染色体ワークショップ・第20回核ダイナミクス研究会
• [学会発表] Kif18Aの紡錘体形成と染色体オシレーションに関する機能の関連 (2021)
  • 著者名/発表者名: 佐藤杏実、家村顕自、田中耕三
  • 学会等名: 第39回染色体ワークショップ・第20回核ダイナミクス研究会
• [学会発表] 染色体ラベリングにおけるdCas9のサブテロメアへの結合が細胞増殖および染色体分配に与える影響 (2021)
  • 著者名/発表者名: 都築美香、國安絹枝、田中耕三
  • 学会等名: 第39回染色体ワークショップ・第20回核ダイナミクス研究会
• [学会発表] 栄養飢餓に対する染色体応答 (2021)
  • 著者名/発表者名: 丑丸敬史、大原公太郎、田中耕三
  • 学会等名: 第39回染色体ワークショップ・第20回核ダイナミクス研究会
• [備考] 東北大学加齢医学研究所
  • URL: http://www.idac.tohoku.ac.jp/site_ja/
• [備考] 東北大学加齢医学研究所分子腫瘍学研究分野
  • URL: http://www2.idac.tohoku.ac.jp/dep/molonc/index.html