染色体軸－ループ構造（染色体3D構造）に基づく減数分裂期の染色体機能の制御

2019 年度 実績報告書

• 研究領域: 染色体オーケストレーションシステム
• 研究課題/領域番号: 15H05973
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 篠原 彰 大阪大学, 蛋白質研究所, 教授 (00252578)
• 研究分担者: 篠原 美紀 近畿大学, 農学部, 教授 (80335687) ; 吉田 佳世 大阪市立大学, 大学院医学研究科, 准教授 (30311921)
• 研究期間 (年度): 2015-06-29 – 2020-03-31
• キーワード: 染色体 / 減数分裂 / 組換え / コヒーシン / Rec8 / 染色体OS

研究実績の概要

染色体が調和して機能する仕組みを染色体オーケストレーションシステム（染色体OS） と呼び、精子、卵子などの配偶子形成に必須な減数分裂では染色体OSがより劇的に変化する。減数分裂期には染色体3D構造が大きく変化するだけでなく、染色体を場として組換えなどの様々なDNA代謝反応が“制御された形”で起き、その制御プラットフォームが染色体OSであると考えられる。本計画研究は減数分裂期染色体を染色体OSのモデル系として捉え、減数分裂期染色体構造、特にその基盤となる染色体軸―ループ構造と機能を理解し、減数分裂期特異的染色体上で起きる減数分裂期組換えの制御の分子メニズムを明らかにすることを目的とする。2019年度では、染色体構造とその上で起こる組換えの連携の分子メカニズムを解明することを目標とし、超解像度蛍光顕微鏡とクロマチン免疫沈降-DNA sequencing (ChIP-seq)法で、減数分裂期の染色体構造、特に高次構造（軸―ループ構造）を、減数分裂期染色体の軸構成要素であるコヒーシンの局在を解析した。その結果、減数第一、第二分裂期に起こるセパレースによる切断に依存しない仕組みで、コヒーシン複合体が染色体から減数分裂第１分裂後期で解離すること、その解離には特異的なリン酸化酵素Polo-likeキナーゼ(PLK)とDbf4依存性Cdc7キナーゼ(DDK)のキナーゼの協調的は働きにより、コヒーシン制御因子の１つWAPL(Rad61)とRec8がリン酸化されることが必要であることを見出した。また、ChIP-seq法による局在を解析したところ、その解離は動原体を含め、染色体全体に起き、コヒーシンは解離後に再結合できること、つまり動的な結合制御を受けることも明らかになった。減数分裂期の染色体構造形成は必須構成因子のコヒーシンの結合を動的に制御することで、機能的な高次構造を作ると考えられる。

現在までの達成度 (段落)

令和元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

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] University of California, Davis(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: University of California, Davis
• [国際共同研究] University of Vienna(オーストリア)
  • 国名: オーストリア
  • 外国機関名: University of Vienna
• [国際共同研究] IISER Thirunapanthapuram(インド)
  • 国名: インド
  • 外国機関名: IISER Thirunapanthapuram
• [国際共同研究] FMI(スイス)
  • 国名: スイス
  • 外国機関名: FMI
• [国際共同研究] Institute of Curie(フランス)
  • 国名: フランス
  • 外国機関名: Institute of Curie
• [国際共同研究]
  • 他の国数: 2
• [雑誌論文] Rad50 zinc hook functions as a constitutive dimerization module interchangeable with SMC hinge (2020)
  • 著者名/発表者名: Tatebe Hisashi、Lim Chew Theng、Konno Hiroki、Shiozaki Kazuhiro、Shinohara Akira、Uchihashi Takayuki、Furukohri Asako
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 11 ページ: 370
  • DOI: 10.1038/s41467-019-14025-0
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Genetic interactions of histone modification machinery, Set1 and PAF1C, with the recombination complex, Rec114-Mer2-Mei4, in the formation of meiotic DNA double-strand breaks (2020)
  • 著者名/発表者名: 69.Zhang Y., Suzuki T., Li K., Gothwal S.K., Shinohara M., and A. Shinohara
  • 雑誌名: International Journal of Molecular Sciences 巻: in press ページ: in press
  • DOI: 10.3390/ijms21082679
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Toward Global Standardization of Conducting Fair Investigations of Allegations of Research Misconducts (2020)
  • 著者名/発表者名: Nouchi R, Aihara H, Arie F, Asashima M, Daida H, Fudano J, Fujiwara Y, Fushiki S, Geller RJ, Hatano K, Homma T, Kimura M, Kuroki T, Miki K, Morita I, Nitta K, Shinohara A, Siomi MC, Yoshida M, Ichikawa I
  • 雑誌名: Accountability in Research: Policies and Quality Assurance 巻: in press ページ: in press
  • DOI: 10.1080/08989621.2020.1747019.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Human RAD51 paralogue SWSAP1 fosters RAD51 filament by regulating the anti-recombinase FIGNL1 AAA+ ATPase (2019)
  • 著者名/発表者名: Matsuzaki Kenichiro、Kondo Shizuka、Ishikawa Tatsuya、Shinohara Akira
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 10 ページ: 1407
  • DOI: 10.1038/s41467-019-09190-1
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Srs2 helicase prevents the formation of aberrant DNA damage during late prophase I of yeast meiosis (2019)
  • 著者名/発表者名: Sasanuma, H., Sabhan, H.M.S., Furihata, Y., Challa, K., Palmer, L. Gasser, S.M., Shinohara, M., and A. Shinohara
  • 雑誌名: Chromosoma 巻: 128 ページ: 453-471
  • DOI: 10.1007/s00412-019-00709-5
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Distinct Functions in Regulation of Meiotic Crossovers for DNA Damage Response Clamp Loader Rad24(Rad17) and Mec1(ATR) Kinase (2019)
  • 著者名/発表者名: Shinohara Miki、Bishop Douglas K.、Shinohara Akira
  • 雑誌名: Genetics 巻: 213 ページ: 1255～1269
  • DOI: 10.1534/genetics.119.302427
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Enhanced processivity of Dnmt1 by monoubiquitinated histone H3 (2019)
  • 著者名/発表者名: Mishima Yuichi、Brueckner Laura、Takahashi Saori、Kawakami Toru、Otani Junji、Shinohara Akira、Takeshita Kohei、Garvilles Ronald Garingalao、Watanabe Mikio、Sakai Norio、Takeshima Hideyuki、Nachtegael Charlotte、Nishiyama Atsuya、Nakanishi Makoto、Arita Kyohei、Nakashima Kinichi、Hojo Hironobu、Suetake Isao
  • 雑誌名: Genes to Cells 巻: 25 ページ: 22～32
  • DOI: 10.1111/gtc.12732
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Human RAD51 paralog, SWSAP1, promotes RAD51 assembly by regulating the anti-recombinase, FIGNL1 AAA+ ATPase (2020)
  • 著者名/発表者名: Akira Shinohara
  • 学会等名: Workshop on Genome Biology and Mutagenesis, IISER TRV, India
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Human RAD51 paralog, SWSAP1, promotes RAD51 assembly by regulating the anti-recombinase, FIGNL1 AAA+ ATPase (2019)
  • 著者名/発表者名: Akira Shinohara
  • 学会等名: ASEB meeting on recombination & genome rearrangement, USA
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Human RAD51 paralog, SWSAP1, promotes RAD51 assembly by regulating the anti-recombinase, FIGNL1 AAA+ ATPase (2019)
  • 著者名/発表者名: Akira Shinohara
  • 学会等名: EMBO workshop on meiosis, France
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] A New Role of Srs2 DNA helicase, anti-recombinase, during Yeast Meiosis (2019)
  • 著者名/発表者名: H. Sabhan, A. Shinohara
  • 学会等名: 第25回DNA複製・組換え・修復ワークショップ
• [学会発表] Role of Mei5-Sae3 complex in Dmc1 assembly in Yeast meiosis (2019)
  • 著者名/発表者名: P. Swant, A. Shinohara
  • 学会等名: 第25回DNA複製・組換え・修復ワークショップ
• [学会発表] The role of PCSS (Psy3-Csm2-Shu1-Shu2) complex, a Rad51 mediator, in meiotic recombination (2019)
  • 著者名/発表者名: S. Wangui, A. Shinohara
  • 学会等名: 第25回DNA複製・組換え・修復ワークショップ
• [学会発表] 減数分裂期におけるマウスRAD51パラログSwsap1の機能解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 近藤静香、篠原 彰
  • 学会等名: 第25回DNA複製・組換え・修復ワークショップ
• [備考] ゲノムー染色体研究室ホームページ
  • URL: http://www.protein.osaka-u.ac.jp/genome/index.html
• [学会・シンポジウム開催] Chromosome Dynamics Symposium, FMI, Basel, Switzerlnad (2019)