染色体の動態制御機構による多様な生命体の維持・継承

2005 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13CE2006
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 柳田 充弘 京都大学, 生命科学研究科, 研究員 (80025428)
• 研究分担者: 武田 俊一 京都大学, 医学研究科, 教授 (60188191) ; 竹安 邦夫 京都大学, 生命科学研究科, 教授 (40135695) ; 石川 冬木 京都大学, 生命科学研究科, 教授 (30184493) ; 松本 智裕 京都大学, 放射線生物研究センター, 教授 (80212223)
• キーワード: 生命継承 / 染色体 / 細胞周期 / 修復 / 組み換え

研究概要

<柳田研>ユビキチン化タンパク質の分解に中心的役割を果たすプロテアソームの制御機構について解析し、ユビキチンを付加する酵素Rhp6やUbr1が核膜に局在するCut8の機能によりプロテアソームを核内にとどめる機構を明らかにし、Cellに発表した。セキュリンCut2のドメイン機能解析を行い、新規の機能を持つドメインをCut2の中央領域に見いだした。この領域はセパレースCut1と物理的に相互作用し、セパレース活性を阻害すると考えられ、Genes to Cellsに発表した。Rad21、NIPBL、II型DNAトポイソメラーゼ(topo II)の機能について解析を行ない、動原体機能についての新たな知見を得た。コヒーシンとtopo IIの独立しながらも連携した分裂中期染色体制御機能を見いだし、Molecular Biology of the Cellに発表した。
<武田研>ニワトリBリンパ細胞株、DT40で遺伝子破壊することによって、DNA修復・組換え酵素の、染色体維持機構における機能解析を行ってきた。(1)DNAポリメラーゼ、(2)ユビキチン化酵素、(3)Cell cycle dependent kinase (Cdk)の機能解析でそれぞれ研究が進展した。(1)については、Polhが相同組み換えのDNA合成ステップに、Polqが塩基除去修復に関与することを証明した。(2)では、染色体DNA切断が発生したあと1分以内に、クロマチンがUbc13依存性にユビキチン化されることと、それが相同組換えを促進することとを見出した。(3)では、遺伝薬理的手法を使って、培地への化合物添加によってCdkを可逆的かつ速やかにON/OFFできる実験系を樹立し、Cdkは相同組み換えの開始に必要であることを解明した。
<竹安研>(1)AFM探針にGSTを介してタンパク質を取り付ける方法を開発し、核膜タンパク質ラミンB受容体とクロマチンとの相互作用における「力(60pN)」を測定した。(2)分裂酵母、ニワトリ赤血球、HeLa細胞の核内ゲノム構造を解析し、30nmや80nmのファイバーの存在を確認した。(3)ミトコンドリアや葉緑体、原核生物の30nmのファイバー構築には塩基性タンパク質とRNAが重要な役割を果たしているが、真核生物の30nmファイバー構築にはコアヒストン8量体とピストンH1のみが関与することを示した。(4)生化学的に再構成した30nmファイバーにトポイソメラーゼを加えることにより、更に高次の構造体を構築した。この構造はピストンH1が無い(即ち30nmファイバーが存在しない)条件では構築されなかった。以上の結果から、染色体・核様体構築メカニズムの普遍性と特異性とに関するモデルを作成した。
<石川研>これまでの本研究により、複製フォークの進行がテロメアクロマチンにおいて停止しやすいこと、おそらくはこれを回避するためにテロメアはS期においてダイナミックなクロマチン構造の変換を遂げることをカエル卵抽出液を用いた試験管内クロマチン再構成系等を用いて示してきた。今回、細胞内におけるテロメアDNA複製を解析する目的で、DNA合成酵素αの温度感受性株であるマウスtsFT20細胞を用いて、合成酵素α機能を低下させたところ、テロメア長の異常な伸長、テロメアクロマチン構造の変化およびテロメアを介した染色体異常の出現を見いだした。以上の事実は、テロメアがゲノム内でも複製ストレスに特に脆弱な領域であり、その機能異常によってがん細胞で見られる染色体異常が起こりうることを示している。
<松本研>スピンドルチェックポイントの機能因子、Mad2とこれに相互作用してチェックポイントの解除に機能するタンパク質、p31cometに主眼を置き解析をすすめてきた。17年度はMad2-p31comet複合体に、2種のあらたなタンパク質、EB1とダイニン中間鎖、を同定した。ダイニン中間鎖は有糸分裂中期から後期にかけてMad2-p31comet複合体に存在すること、さらに生細胞観察により、ダイニン中間鎖を欠損する細胞は、動原体と紡錘糸が正常に接続するにもかかわらず後期に遷移できないことをあきらかにした。これらの結果はダイニン中間鎖がp31cometと相互作用してチェックポイントの解除に機能することを示唆する。

研究成果

• [雑誌論文] Distinct modes of DNA damage response in S.pombe G0 and vegetative cells (2006)
  • 著者名/発表者名: Mochida, S., Yanagida, M.
  • 雑誌名: Genes Cells 11 ページ: 13-27
• [雑誌論文] Securin can have a separase cleavage site by substitution mutations in the domain required for stabilization and inhibition of separase (2006)
  • 著者名/発表者名: Nagao, K., Yanagida, M.
  • 雑誌名: Genes Cells 11 ページ: 247-260
• [雑誌論文] T. The selective continues linxage of centromeres from mitosis to interphase in the absence of mammalian separase (2006)
  • 著者名/発表者名: Kumada, K., Yao, R., Kawaguchi, T., Karasawa, M., Hoshikawa, Y., Ichikawa, K., Sugitani, Y., Imoto, I., Inazawa, J., Sugawara, M., Yanagida, M., Noda, T.
  • 雑誌名: J Cell Biol 172 ページ: 835-846
• [雑誌論文] Characterization of Schistosoma mansoni Sds homolog, a Leucine Rich Repeat protein, that interacts with protein phosphatase type 1 and interrupts a G2/M cell-cycle checkpoint (2006)
  • 著者名/発表者名: Daher, W., Cailliau, K., Takada, K., Pierrot, C., Khayath, N., Dissous, C., Capron, M., Yanagida, M., Browaeys.E., Khalife, J.
  • 雑誌名: Biochem J
• [雑誌論文] Coordinated Requirements of Human Topo II and Cohesin for Metaphase Centromere Alignment under Mad2-dependent Spindle Checkpoint Surveillance (2006)
  • 著者名/発表者名: Toyoda, Y., Yanagida, M.
  • 雑誌名: Mol Biol Cell (in press)
• [雑誌論文] Critical roles for Polζ in Cellular Tolerance to Nitric Oxide induced DNA Damage. (2006)
  • 著者名/発表者名: Xiaohua W, Takenaka K, Sonoda E, Hochegger H, Kawanishi S, Kawamoto T, Takeda S, Yamazoe M
  • 雑誌名: Cancer Research 66 ページ: 748-754
• [雑誌論文] Involvement of vertebrate Polkappa in translesion DNA synthesis across DNA monoalkylation damage. (2006)
  • 著者名/発表者名: Takenaka K, Ogi T, Okada T, Sonoda E, Guo C, Friedberg EC, Takeda S
  • 雑誌名: J.Biol.Chem. 281 ページ: 2000-2004
• [雑誌論文] Parp-1 protects homologous recombination from interference by Ku and Ligase IV in vertebrate cells. (2006)
  • 著者名/発表者名: Hochegger H, Dejsuphong D, Fukushima T, Morrison C, Sonoda E, Schreiber V, Zhao GY, Saberi A, Masutani M, Adachi N, Koyama H, de Murcia D, Takeda S
  • 雑誌名: EMBO J. (in press)
• [雑誌論文] Hydrodynamic radius of circular DNA is larger than that of linear DNA. (2006)
  • 著者名/発表者名: Araki, S., Nakai, T., Hizume, K., Takeyasu, K., Yoshikawa K.
  • 雑誌名: Chem.Physics Lett. 418 ページ: 255-259
• [雑誌論文] Protective effect or vitamin C against double-strand breaks in reconstituted chromatin visualized by single-molecule observation. (2006)
  • 著者名/発表者名: Yoshikawa, Y., Hizume, K., Oda, Y., Takeyasu, K., Araki, S., Yoshikawa, K.
  • 雑誌名: Biophys.J 90 ページ: 993-999
• [雑誌論文] Comparative structural biology of the genome : Nano-scale imaging of single nucleus from different kingdoms reveals the chromatin built up on a 40 nm structural unit. (2006)
  • 著者名/発表者名: Kobori, T., Kodama, M., Hizume, K., Yoshimura, S.H., Ohtani, T., Takeyasu, K.
  • 雑誌名: J.Electron Microscopy (in press)
• [雑誌論文] Atomic Force microscopy Dissects the Hierarchy of Genome Architectures in Eukaryote, Prokaryote and Chloroplast. (2006)
  • 著者名/発表者名: Ohniwa, RL., Morikawa, K., Kim, J., Kobori, T., Hizume, K., Matsumi, R., Atomi, H., Imanaka, T., Ohta, T., Yoshimura, S.H., Takeyasu, K.
  • 雑誌名: Microscopy & Microanalysis (in press)
• [雑誌論文] Fast-scanning atomic force microscopy revealed the molecular mechanism of DNA cleavage by ApaI endonuclease. (2006)
  • 著者名/発表者名: Yokokawa, Masatoshi., Yoshimura, S.H., Naito, Yasuyuki., Ando, Toshio., Yagi, Akira., Sakai, Nobuaki., Takeyasu, K.
  • 雑誌名: IEE Proc.Nanobiotechnology (in press)
• [雑誌論文] Cell-cycle-dependent Xenopus TRF1 recruitment to telomere chromatin regulated by Polo-like kinase. (2006)
  • 著者名/発表者名: Nishiyama, A., Muraki, K., Saito, M., Ohsumi, K., Kishimoto, T., Ishikawa, F.
  • 雑誌名: EMBO J. 25 ページ: 575-584
• [雑誌論文] Regulation of Nuclear Proteasome by Rhp6/Ubc2 through Ubiquitination and Destruction of the Sensor and Anchor Cut8 (2005)
  • 著者名/発表者名: Takeda, K., Yanagida, M.
  • 雑誌名: Cell 122 ページ: 393-405
• [雑誌論文] Basic mechanism of eukaryotic chromosome segregation (2005)
  • 著者名/発表者名: Yanagida, M.
  • 雑誌名: Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci 360 ページ: 609-621
• [雑誌論文] Rapid generation of specific antibodies by enhanced homologous recombination (2005)
  • 著者名/発表者名: Seo H, Masuoka M, Murofushi H, Takeda S, Shibata T, Ohta K
  • 雑誌名: Nature Biotech 23 ページ: 731-735
• [雑誌論文] Multiple roles of vertebrate REV genes in DNA repair and recombination (2005)
  • 著者名/発表者名: Okada T, Sonoda E, Yoshimura M, Kawano Y, Saya H, Kozaki M, Takeda S
  • 雑誌名: Mol. Cell Biol. 25 ページ: 6103-6111
• [雑誌論文] Fen-1 facilitates homologous recombination by removing divergent sequences at DNA break ends. (2005)
  • 著者名/発表者名: Kikuchi K, Taniguchi Y, Hatanaka A, Sonoda E, Hochegger H, Adachi N, Matsuzaki Y, Koyama H, van Gent DC, Jasin M, Takeda S
  • 雑誌名: Mol. Cell Biol. 25 ページ: 6948-6955
• [雑誌論文] Differential and collaborative actions of Rad51 paralog proteins in cellular response to DNA damage. (2005)
  • 著者名/発表者名: Yonetani Y, Hochegger H, Sonoda E, Shinya S, Yoshikawa H, Takeda S, Yamazoe M
  • 雑誌名: Nucleic Acids Res. 33 ページ: 4544-4552
• [雑誌論文] Multiple repair pathways mediate tolerance to chemotherapeutic cross-linking agents in vertebrate cells. (2005)
  • 著者名/発表者名: Nojima K, Hochegger H, Saberi A, Fukushima T, Kikuchi K, Yoshimura M, Orelli B, Bishop DK, Hirano S, Ohzeki M, Ishiai M, Yamamoto K, Takata M, Arakawa H, Buerstedde JM, Yamazoe M, Kawamoto T, Araki K, Takahashi JA. Hashimoto N, Takeda S, Sonoda E
  • 雑誌名: Cancer Research 65 ページ: 11704-11711
• [雑誌論文] Dual Roles for DNA Polymerase h in Homologous DNA Recombination and Translesion DNA Synthesis. (2005)
  • 著者名/発表者名: Kawamoto T, Araki K, Sonoda E, Yamashita YM, Harada KK, Kikuchi K, Masutani C, Hanaoka F, Nozaki K, Hashimoto N, Takeda S
  • 雑誌名: Mol.Cell 20 ページ: 793-799
• [雑誌論文] Phase transition in reconstituted chromatin. (2005)
  • 著者名/発表者名: Nakai, T., Hizume, K., Yoshimura, S.H., Takeyasu, K., Yoshikawa, K.
  • 雑誌名: Europhysics Letters 69 ページ: 1024-1030
• [雑誌論文] Structure of hnRNP D complexed with single-stranded telomere DNA and unfolding of the quadruplex by heterogeneous nuclear ribonucleoprotein D. (2005)
  • 著者名/発表者名: Enokizono, Y., Konishi, Y., Nagata, K., Ouhashi, K., Uesugi, S., Ishikawa, F., Katahira.M.
  • 雑誌名: J.Biol.Chem. 280 ページ: 18862-18870
• [雑誌論文] Telomere-Binding Protein Taz1 Establishes Swi6 Heterochromatin Independently of RNAi at Telomeres. (2005)
  • 著者名/発表者名: Kanoh, J., Sadaie, M., Urano, T.Ishikawa, F.
  • 雑誌名: Curr.Biol. 15 ページ: 1808-1819
• [雑誌論文] Alterations of DNA and Chromatin Structures at Telomeres, and Genetic Instability in Mouse Cells Defective in DNA Polymerase α. (2005)
  • 著者名/発表者名: Nakamura, M., Nabetani, A., Mizuno, T., Hanaoka, F., Ishikawa, F.
  • 雑誌名: Mol.Cell.Biol. 25 ページ: 11073-11088
• [雑誌論文] Low Concentrations of Taxol Cause Mitotic Delay Followed by Premature Dissociation of p55CDC from Mad2 and BubR1 and Abrogation of the Spindle checkpoint, Leading to Aneuploidy. (2005)
  • 著者名/発表者名: Ikui AE, Yang CPH, Matsumoto T, Horwitz SB.
  • 雑誌名: Cell Cycle 4 ページ: 1385-1388
• [図書] Nuclear Dynamics (2006)
  • 著者名/発表者名: Takeyasu, K., Nagata, K.(ed)
  • 出版者: Springerフェアラーク(in press)
• [図書] Genome Instability and Cancer Development (2005)
  • 著者名/発表者名: Matsumoto, T, Yanagida, M.
  • 出版者: Kluwer Academic Publishers