2017 Fiscal Year Annual Research Report
3D architecture of mitotic chromosomes
| Project Area | Chromosome Orchestration System |
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| Project/Area Number |
15H05971
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
平野 達也 国立研究開発法人理化学研究所, 平野染色体ダイナミクス研究室, 主任研究員 (50212171)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大杉 美穂 東京大学, 大学院総合文化研究科, 教授 (00332586)
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| Project Period (FY) |
2015-06-29 – 2020-03-31
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| Keywords | 細胞生物学 / 生化学 / ゲノム / 染色体 / 細胞分裂 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
（１）染色体の完全再構成系の確立：研究代表者・平野は、カエル精子核と６種類の精製タンパク質因子を用いて分裂期染色分体を試験管内で再構成することに成功している。また、この系を活性化するには、Cdk1によるコンデンシンIのリン酸化が必須であることが示されている。完全再構成系を確立するためには、どのサブユニットのどのアミノ酸残基がCdk1によってリン酸化されるかを理解しなくてはならない。H29年度は、組換え型複合体（野生型および変異型）をカエル卵抽出液に導入する実験を通して、kleisinサブユニットのアミノ末端のCdk1コンセンサス部位のリン酸化がコンデンシンIの働きに重要であるという予備的な結果を得た。同様に、HEATサブユニットのCdk1コンセンサス部位に変異をもつ複合体の発現と精製も完了した。
（２）cross-species実験による解析：ヒストンシャペロンAsf1を除去したカエル卵抽出液にマウス精子核を導入することにより、ヌクレオソーム形成を抑制した条件においても染色体様構造を構築できることを見出した。H29年度は、この驚くべき観察の第一報を論文発表することができた。次の目標は、マウス精子核を基質とし、カエル卵抽出液の代わりに精製タンパク質を用いて、分裂期染色体を構築する実験系を確立することである。H29年度の後半では、この長期的かつ挑戦的な試みに向けての準備を開始した。すなわち、ヒストンH3-H4をマウス精子核に載せるために必要なヒストンシャペロンとリモデラーの発現と精製、組換え型コンデンシンIとIIを適切にリン酸化して活性化するプロトコルの確立である。一方、マウス卵に導入したカエル精子由来の前核が示す第一卵割分裂前期の染色体凝縮過程の遅延は、カフェイン添加により緩和することから、DNA損傷応答の寄与が示唆された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
（１）染色体の完全再構成系の確立：適切にリン酸化され、かつ活性を有する組換え型複合体の調整に向けて必要な材料と情報が集まりつつある。
（２）cross-species実験による解析：ヌクレオソーム形成を阻害した条件下においても、コンデンシンに依存して染色体様構造を構築することができるという報告は、世界的にも驚きを持って迎えられ、極めて高い評価を得た。研究開始時には予想できなかった成果である。
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| Strategy for Future Research Activity |
（１）染色体の完全再構成系の確立：変異型複合体とカエル卵抽出液を組み合わせた実験から、コンデンシンI機能に必須なCdk1リン酸化部位を網羅的に同定していく。また、組換え型Cdk1-cyclin Bを用いて組換え型コンデンシンIを試験管内で活性化するプロトコルの確立を目指す。
（２）cross-species実験による解析：マウス精子核と精製タンパク質を用いて染色体様構造を構築するための準備を、さらに進める。当面は、ヒストンH3-H4をマウス精子核に載せるステップの確立（Nap1とACFの組み合わせ）に焦点をおく。
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[Presentation] Functional crosstalk between condensins and nucleosomes during mitotic chromosome assembly2017
Author(s)
Shintomi, K., Inoue, F., Watanabe, H., Ohsumi, K., Ohsugi, M. and Hirano, T.
Organizer
The 2nd meeting on SMC proteins: chromosomal organizers from bacteria to human
Int'l Joint Research
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