染色体の動態制御機構による多様な生命体の維持・継承

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13CE2006
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 柳田 充弘 京都大学, 大学院・生命科学研究科, 教授 (80025428)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 西田 栄介 京都大学, 大学院・生命科学研究科, 教授 (60143369) ; 竹安 国夫 京都大学, 大学院・生命科学研究科, 教授 (40135695) ; 武田 俊一 京都大学, 大学院・医学研究科, 教授 (60188191) ; 松本 智裕 京都大学, 放射線生物研究センター, 教授 (80212223) ; 石川 冬木 京都大学, 大学院・生命科学研究科, 教授 (30184493)
• Keywords: 生命継承 / 染色体 / 細胞周期 / 修復 / 組み換え

Research Abstract

<柳田研>
コンデンシン、コヒーシン複合体を精製し、DNAとの相互作用、原子間力顕微鏡解析を行なった。DNA再会合活性はコンデンシンSMC2量体で最も強いが、ホロ複合体では低下し、コヒーシンにはまったくない。コンデンシン構成因子間集合がDNA再生に必須なことを示した。動原体タンパク質Mis12の制御因子を探索した。タンパク質ホスファターゼPpe1/PP6とその結合因子Ekc1が負に制御し、キナーゼGsk3が正に制御することを発見した。ヒトMis12相同遺伝子を同定し、解析を行なった。HeLa細胞において、RNA干渉法によりMis12を減少させると、中期染色体の異常配置等、分裂期に欠損が認められた。分裂酵母CENP-Aに相同なCnp1欠損の相補因子としてGATAタンパクAms2を同定した。Ams2は細胞周期を通じて量が変動し、動原体機能を制御する。チェックポイント因子Crb2についてRad3、Chk1キナーゼや複製因子Cut5等との物理的相互作用を解析した。Crb2はRad3,Chk1キナーゼの両方に相互作用する始めてのタンパク質であり、これらキナーゼとの動的相互作用を通じてチェックポイント制御することを示した。
<武田研>
相同組換えを含むすべての組換えおよびほとんどのDNA修復経路は、DNA合成のステップを伴う。このDNA合成のステップに関与するDNAポリメラーゼは高等真核細胞では未解明のままである。ヒトDNAポリメラーゼは、最近5年間に少なくとも9種類が新たに発見された。我々は、ポリメラーゼのκ、ζ、λ、η、θと損傷乗り越えの制御因子であるRad18をそれぞれ欠失させたニワトリDT40細胞を作製・解析した。そしてRad18とζは、相同組換えに関与していることを見いだした。これらは酵母のように損傷乗越えDNA合成にも重要な働きも持ち、その欠損株はクロスリンカーに非常に強い感受性を示した。
<松本研>
スピンドルチェックポイントは総ての染色体動原体と紡錘糸とが正常に接続するまで細胞周期の進行を停止する監視機構である。このチェックポイントの中枢タンパク質であるMad2は2種(N1とN2)の立体構造を取り得ること、さらにN1型はMad2のリン酸化を保持しやすく、N2型は他の制御因子と相互作用しやすいこと、N1型か与N2型の変換にはMad1タンパク質が関与することを示した。またこの チェックポイントの解除過程に関わるタンパク質Cmt2は有糸分裂中期までは紡錘糸の先端に局在し、後期への移行に先立ち紡錘糸から離脱、Mad2タンパク質と結合することを見いだした。動原体と紡錘糸との接続によりチェックポイントが制御される分子メカニズムの解明の重要な手がかりである。
<西田研>
細胞周期M期事象に多様な役割を果たしているPolo-like kinasc(Plkの細胞内基質を同定するための手がかりを得るために、Plkのリン酸化に適しているアミノ酸配列を決定した。また、その情報をもとに、Plkの新たな基質として、MPFの抑制性タンパク質キナーゼMytlを同定した。さらに、MytlのPlkによるリン酸化部位を同定した。予備的結果から、PlkによるMytlのリン酸化が、動物細胞M期前期におけるゴルジ体の崩壊に関与する可能性が示唆された。これらの結果は、進化的に保存されたPlkの機能解明を大きく前進させるものとなった。
<石川研>
分裂酵母において、一度完成したテロメア構造・機能は、テロメアシス配列であるテロメア繰り返し配列が失われても遺伝学的およびエピジェネティックな機構により一部安定に維持される。この成果は、たとえば、がん組胞の染色体機能を標的とした治療方法の開発に、遺伝学的およびエピジェネティックな両面からのアプローチが重要であることを示唆した。我々か新規に開発した線状SV40 DNAの試験管内複製系を用いて、テロメア配列そのものがヒト細胞の複製装置のよい基質ではないこと、また、テロメア繰り返し配列結合蛋白質であるTRF1とTRF2が結合すると、複製装置の進行がテロメア配列において停止する頻度が増加し、さらに複製効率が低下することを示した。
<竹安研>
ゲノム高次構造構築原理を探索する目的で、Dps核様態タンパク質が欠損した大腸菌株を用いて解析した。大腸菌ゲノムの基本単位である40nmや80nmのファイバーは正常に観察されたが、高度に凝縮した高次構造は形成されなかった。Dpsタンパク質は高次構造構築に特異的に機能する核様態タンパク質であろう。ヒトテロメア配列を含むDNAとテロメア局在タンパク質TRF2/TRF1との相互作用を解析した。ともにテロメア配列の二本鎖DNAに特異的に結合するが、TRF2が結合したときのみループ構造が形成された。TRF2がDNAに二量体として結合し、DNAループ形成を促す場合は二量体同士が結合した四量体を形成すること、また、染色体末端に3'-overhanging領域があるとDNAループは安定して末端に形成されることが明らかにした。

Research Products

• [Publications] Sakai, A., Hizume, K., Sutani, T., Takeyasu, K., Yanagida, M.: "Condensin but not cohesin heterodimeric SMC induces DNA reannealing through intermediary protein-protin assembly."EMBO J. 22. 2764-2775 (2003)
• [Publications] Matsumura, T., Yuasa, T., Hayashi, T., Obara, T., Kimata, Y., Yanagida, M.: "A brute force postgenome approach to identify temperature-sensitive mutations that negatively interact with separase and securing Plasmids"Genes Cells. 8. 341-355 (2003)
• [Publications] Chen, E.S., Saito S., Yanagida, M., Takahashi, K.: "A Cell Cycle-Regulated GATA Factor Promotes Centromeric Localization of CENP-A in Fission Yeast"Mol.Cell. 11. 175-187 (2003)
• [Publications] Chen, E.S., Yanagida, M., Takahashi, K.: "Does a GATA factor make the bed for centromeric nucleosomes?"Cell Cycle. 2. 277-278 (2003)
• [Publications] Goshima, G., Kiyomitsu, T., Yoda, K., Yanagida M.: "Human centromere chromatin protein hMis12, essential for equal segregation, is independent of CENP-A loading pathway"J Cell Biol. 160. 25-39 (2003)
• [Publications] Goshima, G., Iwasaki, O., Obuse, C., Yanagida, M.: "The role of Ppe1/PP6 phosphatase for equal chromosome segregation in fission yeast kinetochore"EMBO J.. 22. 2752-2763 (2003)
• [Publications] Mochida S., Esashi F., Aono, N., Tamai K., O'Connell, M.J., Yanagida, M.: "Regulation of checkpoint kinases through dynamic interaction with Crb2."EMBO J. 23. 418-428 (2004)
• [Publications] Sonoda, E., Okada, T., Zhao, GY., Tateishi, S., Araki, K., Yamaizumi, M., Yagi, T., Verkaik, N.S., van Gent D.C., Takata, M., Takeda, S.: "Multiple roles of Rev3, the catalytic subunit of polz in maintaining genome stability in vertebrates."EMBO J.. 22. 3188-3197 (2003)
• [Publications] Yu, D., Sonoda, E., Takeda, S., Huang, C.L.H., Pellegrini, L., Blundell, T.L., Venkitaraman, A.R.: "Dynamic control of Rad51 recombinase by self-association and interaction with Brca2."Mol Cell. 12(4). 1029-1041 (2003)
• [Publications] P.Vagnarelli1, C.Morrison, H.Dodson1, E.Sonoda, S.Takeda, W.C.Earnshaw: "Analysis of Scc1-deficient cells defines a key metaphase role of vertebrate cohesin in linking sister kinetochores"EMBO Report. 5(2). 167-171 (2004)
• [Publications] Mizutani, A., Okada, T., Shibutani, S., Sonoda11, E., Hochegger, H., Nishigori, C., Miyachi, Y., Takeda, S., Yamazoe, M.: "Extensive chromosomal breaks are induced by tamoxifen and estrogen in DNA repair deficient cells."Cancer Research. in press. (2004)
• [Publications] Hochegger, H., Sonoda, E., Takeda, S.: "Post-Replication Repair in DT40 cells : Translesion Polymerases versus Recombinases"BioEssay(Review). 26(2). 151-158 (2004)
• [Publications] Yamazoe, M., Sonoda, E., Hochegger, H., Takeda, S.: "Reverse genetic studies of the DNA damage response in the chicken B lymphocyte line DT40."DNA Repair(Review). in press. (2004)
• [Publications] Hizume, K., Yoshmura, S.H., Wada, H., Takeyasu, K.: "Chromatin Reconstitution : Development of a Salt-dialysis Method Monitored by Nano-technology."Arch.Histol.Cytol.. 65. 405-413 (2003)
• [Publications] Yoshimura, S.H., Maruyama, H., Ishikawa, F., Ohki, R., Takeyasu, K.: "Molecular mechanisms of DNA end-loop formation by TRF2."Genes to Cells. In press. (2004)
• [Publications] Kim, J., Yoshimura, S.H., Hizume, K., Ishihama, A., Takeyasu, K.: "A fundamental structural unit of the Escherichia coli nucleoid revealed by nano-technology."Nucleic Acid Res. Under 2nd Revision. (2004)
• [Publications] Hizume, K., Yoshimura, S.H., Takeyasu, K.: "Atomic force microscopy demonstrates a critical role of DNA superhelicity in the nucleosome dynamics."Cell Biochem Biophy. In press. (2004)
• [Publications] Ogawa, S., Matsubayashi, Y., Nishida, E.: "An evolutionarily conserved gene required for proper microtubule architecture in Caenorhabditis elegans."Genes Cells. 9. 83-93 (2004)
• [Publications] Nakajima, H., Toyoshima, F., Taniguchi, E., Nishida, E.: "Identification of a consensus motif for Plk (Polo-like kinase) phosphorylation reveals Myt1 as a Plk1 substrate."J.Biol.Chem.. 278. 25277-25280 (2003)
• [Publications] Iwasa, H., Han, J., Ishikawa, F.: "Mitogen-activated protein kinase p38 defines the common senescence-signalling pathway."Genes to Cells. 8. 131-144 (2003)
• [Publications] Takata, T., Ishikawa, F.: "Human Sir2-related protein SIRT1 associates with the bHLH repressors HES1 and HEY2 and is involved in HES1- and HEY2-mediated transcriptional repression."Biochem.Biophys.Res.Commun.. 301. 48714-48723 (2003)
• [Publications] Kanoh, J., Francesconi, S., Collura, A., Schramke, V., Ishikawa, F., Baldacci, G., Geli, V.: "The Fission Yeast spSet1p is a Histone H3-K4 Methyltransferase that Functions in Telomere Maintenance and DNA Repair in an ATM Kinase Rad3-dependent Pathway."J.Mol.Biol.. 326. 1081-1094 (2003)
• [Publications] Sadaie, M., Naito, T., Ishikawa, F.: "Stable inheritance of telomere chromatin structure and function in the absence of telomeric repeats."Genes Dev.. 17. 2271-2282 (2003)
• [Publications] Yoshimura, S.H, Maruyama, H., Ohki, R., Ishikawa, F., Takeyasu, K.: "Molecular mechanism of DNA end-loop formation by TRF2"Genes to Cells. 9. 205-218 (2004)
• [Publications] Ohki, R., Ishikawa, F.: "Telomere-bound TRF1 and TRF2 stall replication fork at telomeric repeats."Nucl.Acids Res. 32. 1627-1637 (2004)
• [Publications] Kanoh, J., Ishikawa, F.: "Composition and conservation of the telomeric complex."Cell.Mol.Life Sci.(review article). 60. 2295-2302 (2003)
• [Publications] Ishikawa, F.: "Cellular senescence, an unpopular yet trustworthy tumor suppressor mechanism."Cancer Sci.(review article). 94. 944-947 (2003)
• [Publications] Luo X., Tang Z., Xia, G., Wassmann K., Matsumoto T., Rizo, J., Yu H: "Conformational signaling by Mad2 in the mitotic spindle checkpoint"Nature Structural & Molecular Biology. In press. (2004)