2020 Fiscal Year Annual Research Report
Dynamic control of centromere and telomere function by the SUMO modification system
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20H02952
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| Research Institution | Kwansei Gakuin University |
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Principal Investigator |
田中 克典 関西学院大学, 理工学部, 教授 (60273926)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
白川 昌宏 京都大学, 工学研究科, 教授 (00202119)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | タンパク質翻訳後修飾 / SUMO / セントロメア / テロメア / 染色体機能 / 分裂酵母 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ゲノム情報の安定な維持・継承には、細胞分裂の際に染色体を安定に維持し、正確に分配することが肝心である。真核生物の染色体上のセントロメアおよびテロメア領域は、染色体の安定維持・分配に極めて重要である。申請者らはこれまでに、ユビキチン様タンパク質SUMOによる翻訳後修飾が、セントロメアおよびテロメアの機能制御に深く関わること明らかにしてきた。しかし、その詳細な分子機構には未だ不明な点が多い。本研究では、SUMO修飾システムがセントロメアおよびテロメア機能をどのように動的に制御するのかを分子レベルで解明することを目的とした。
SUMOの基質タンパク質の候補を絞り込むため、まずSUMO化経路がセントロメア機能のどの部分に関与するのかを遺伝学的に明らかにすることを試みた。その結果、SUMO化は分裂期にセントロメアと微小管の接着に関与するDASH複合体と協調してM期の染色体分配を制御することが示唆された。また、SUMOとMis6は染色体分配において同経路で働き、DASH複合体と協調的に染色体分配を保証する可能性が考えられた。
分裂酵母では、シェルタリン複合体構成因子Tpz1のSUMO化修飾に依存して、Stn1‐Ten1複合体がテロメア領域に結合し、テロメラーゼの作用を抑制する。これまでに、Tpz1のSUMO化消失変異とstn1ts変異の二重変異体では、テロメアが消失し染色体が自己環状化することが知られている。
今回我々は、SUMO修飾を受けたTpz1とStn1との相互作用に必要なSIM配列領域の特定にほぼ成功した。さらに、SUMO欠損とstn1ts変異の二重変異体が合成致死性を示すことを見出した。その後の詳細な解析により、分裂酵母ではSUMO化修飾は、染色体の自己環状化の過程には必要でなく、環状染色体維持の仕組みに重要な役割を果たしていることを見出した。
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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
セントロメア機能にはたらくSUMO化の標的因子の絞り込みに関しては、今回遺伝学的な関連性の解析により、候補因子が存在する範囲をある程度絞り込むことができた。
テロメア機能に関するSUMO化の機能に関する解析については、SUMO修飾を受けたTpz1とStn1との間のSIM配列を介した相互作用に必要なStn1上のSIM候補配列が、目的のSIMであるとほぼ断定することができた。
さらに、SUMO化修飾が環状染色体維持の仕組みに重要な役割を果たしていることを見出した。この点に関しては、当初の研究計画では想定されていなかったが、興味深い新たな発見として今後も更なる解明を目指す。
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| Strategy for Future Research Activity |
Stn1のSIM配列の特定の最終段階として、化学的架橋による直接的な検証を予定している。大腸菌で発現・精製したSUMOおよびStn1タンパク質を、化学的架橋剤BS3存在下で混合し、架橋されたSUMO-Stn1複合体を単離する。質量分析により両者の架橋部位を特定し、実際にSIM候補配列にSUMOが結合している直接的な証拠を得る。
セントロメア機能に関するSUMO化標的因子の特定に関しては、絞り込んだ機能領域で働く因子のSUMO化修飾の有無を検証することで、標的因子の更なる絞り込みを行う。また、分裂酵母において近位依存的なラベリング技術（BioID法）を用いたタンパク質標識の系を立ち上げており、この手法を用いて標的因子の選抜も予定している。
環状染色体維持におけるSUMO化の機能解明に関しては、標的因子の特定を試みる。
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