2016 Fiscal Year Annual Research Report
Control of chromosome functions by axis-loop structure (chromosome 3D) during meiosis
| Project Area | Chromosome Orchestration System |
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| Project/Area Number |
15H05973
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
篠原 彰 大阪大学, たんぱく質研究所, 教授 (00252578)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
篠原 美紀 大阪大学, たんぱく質研究所, 准教授 (80335687)
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| Project Period (FY) |
2015-06-29 – 2020-03-31
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| Keywords | 染色体OS / 減数分裂 / 染色体 / コヒーシン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
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期のゲノムは染色体OSがより劇的に変化する場である。減数分裂期では染色体3D構造が大きく変化するだけでなく、染色体場で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。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軸―ループ構造の構造を理解し、減数分裂期特異的染色体上で起きる減数分裂期の組換えの制御の仕組みを分子レベルで明らかにすることを目的とする。特に減数分裂期の染色体構造、特に高次構造を明らかにし、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的としている。減数分裂期染色体の軸構成要素であるコヒーシンの動態を中心にその局在の変化と、C(Hi-C)法(A02班白髭／伊藤との連携)などのゲノムワイド構造解析方法を用いて、構造変換に関して解析を行っている。これまで減数分裂期の軸構成要素のコヒーシン複合体が分裂期の切断とは異なる仕組みで、染色体から解離すること、その解離には特異的なリン酸化酵素Polo-likeキナーゼ(PLK)が必要であること、その際に染色体がコンパクトに構造変換をすることを明らかにした。染色体構造変換に関しての新しいメカニズムを提示できる可能性がある成果と言える。また、新規の分担者（篠原美紀；現、近畿大学農学部）を増やすことで、酵母のみならず、高等真核生物での染色体OSと染色体機能の連携についての解析を始めた。特に、ヒト細胞のM期染色体の構造変化がDNA修復に与える影響について解析している。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
これまで減数分裂期の軸構成要素のコヒーシンの減数分裂期の動態を、特に分裂期に切断を受ける、減数分裂期特異的構成要素Rec8に着目して、蛍光染色法を使い、その局在を解析してきた。その結果、Rec8を含むコヒーシンが減数分裂期第１分裂期後期に、その切断なしにその局在を変化させることを見出した。この変化は、Rec8を含むコヒーシンの解離であり、その解離にはRec8の切断を伴わないことをクロマチン分画法で確認した。また解離したRec8はクロマチン分画のものよりも、ゲル上でバンドシフロしていることから、リン酸化を受けることが予想できる。実際に、Rec8の解離にはPolo-likeキナーゼ(PLK)とコヒーシン構成要素Rad61/Waplが必要であることも分かった。PLK により、Rec8はすでにリン酸化されることが報告されている一方、我々の解析からRad61もPLKに依存してリン酸化されることが分かった。これらRec8とRad61のリン酸化が、切断に非依存的なコヒーシンの解離を促進させると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
PLKによるRad61やRec8のリン酸化がコヒーシンの解離に必要かどうかをリン酸化サイトのrec8, rad61変異体を作成しして、染色体でのコヒーシンの局在を解析することで検証する。また、減数分裂期のRec8コヒーシンの局在を超高解像度蛍光顕微鏡(3D-SIM；スイスFMI, Gasser教授との共同研究)を用いて精密に解析する。これまで3C(Hi-C)法(A02班白髭／伊藤との連携)などのゲノムワイド構造解析方法を用いて、減数分裂期の染色体のコンパートメント構造を明らかにする解析を継続することに加えて、上記のコヒーシンを主として染色体動態の解析を行う。特に研究室で準備した抗Rec8抗体を用いたクロマチン免疫沈降～シークエンス (ChIP-seq) 法を実施する。時間毎のRec8コヒーシンのゲノム上の分布の変化を見るために、インターナルコントロールとして、他の酵母細胞（ワイン酵母）を用いる。この方法はオーストリア、ウィーン大学のKlein教授との共同研究を予定している。これらの複数の手法により、減数分裂期染色体の動的変化を詳細に記載する。加えて、このような動的な変化が染色体機能にどのような影響を与えるかも同時に検討する。
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[Journal Article] Modulating crossover frequency and interference for obligate crossovers in Saccharomyces cerevisiae meiosis.2017
Author(s)
Chakrabotty, P., Ajith, VP.., Chen, K., Duttta, A., Krishnaprasad G.N., Tekkedil, M.M., Shinohara, A., Steinmetz, L. M., and Nishant, K.T.
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Journal Title
G3(Bethesda)
Volume: 印刷中
Pages: 印刷中
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] The Paf1 Complex Shapes the Landscape of Double-strand Breaks along Meiotic Chromosomes in Saccharomyces cerevisiae.2016
Author(s)
Santosh, G. K., Patel, K.J., Colletti M.M., Sasanuma, H., Shinohara, M., Hochwagen, A., and A. Shinohara.
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Journal Title
Genetics
Volume: 202
Pages: 497-512
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] Chromosome synapsis alleviates Mek1-dependent suppression of meiotic DNA repair.2016
Author(s)
Subramanian, V.V., MacQueen, A. J., Vader, G., Shinohara, M., Borde, V., Shinohara, A. and A. Hochwagen,
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Journal Title
PLoS Biology
Volume: 14
Pages: e e1002369
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] RPA Mediates Recruitment of MRX to Forks and Double-Strand Breaks to Hold Sister Chromatids Together.2016
Author(s)
Seeber A, Hegnauer AM, Hustedt N, Deshpande I, Poli J, Eglinger J, Pasero P, Gut H, Shinohara M, Hopfner KP, Shimada K, Gasser SM.
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Journal Title
Molecular Cell
Volume: 64
Pages: 951-966
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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