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 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13CE2006
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 柳田 充弘 京都大学, 生命科学研究科, 研究員 (80025428)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 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)
• Keywords: 生命継承 / 染色体 / 細胞周期 / 修復 / 組み換え

Research Abstract

<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。

Research Products

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