Roles for nucleosomes and DNA topology in mitotic chromosome assembly

染色体構築は、細胞分裂に際して遺伝情報を正確に娘細胞へと受け継ぐために不可欠なイベントである。近年になって、本研究課題の代表者を含むいくつかのグループの精力的な研究によって、染色体構築に必要なタンパク質のリストがおおむね出揃った。さらに、そうしたタンパク質のひとつであるコンデンシンがATPの加水分解反応から得たエネルギーを使ってDNAにループ構造を作ることなどが新たに示されている。これらの研究成果を踏まえて、DNAループが連続的・らせん階段状に配置されることによって染色体へと折り畳まれるとのモデルが提唱されている。しかし、染色体構築のメカニズムには未だ不明な点が多く残されている。例えば、クロマチンの基本構造単位である「ヌクレオソーム」、そこにリンカーヒストンが結合した「クロマトソーム」、二重らせん構造に起因する「DNAの超らせん」など、染色体に内包された微視的な構造要素が、いかにして巨視的な染色体の構築に貢献しているのかという問題はほとんど理解されていない。そこで、本課題では、代表者が独自に開発したカエル卵無細胞系や精製因子を用いた再構成系を駆使して、クロマチンの微視的構造から染色体高次構造までの連関をスケール横断的な視点から理解することを目指す。2022年度には、まず、従来のカエルの精子核の代わりにカエルの赤血球核をカエル卵抽出液中でインキュベーションする方法と顕微鏡下で染色体高次構造を定量的に評価する方法を確立した。これらを組み合わせた解析により、クロマチンリモデラーが染色体の個別化を促進させるのに対し、リンカーヒストンは個別化を抑制的に機能することが示唆された。また、細菌由来のタンパク質を用いて、染色体内のDNAの超らせんを検出する方法も検討した。

染色体構築は、細胞分裂に際して遺伝情報を正確に娘細胞へと受け継ぐために不可欠なイベントである。近年になって、本研究課題の代表者を含むいくつかのグループの精力的な研究によって、染色体構築に必要なタンパク質のリストがおおむね出揃った。さらに、そうしたタンパク質のひとつであるコンデンシンがATPの加水分解反応から得たエネルギーを使ってDNAにループ構造を作ることなどが新たに示されている。これらの研究成果を踏まえて、DNAループが連続的・らせん階段状に配置されることによって染色体へと折り畳まれるとのモデルが提唱されている。しかし、染色体構築のメカニズムには未だ不明な点が多く残されている。例えば、クロマチンの基本構造単位である「ヌクレオソーム」、そこにリンカーヒストンが結合した「クロマトソーム」、二重らせん構造に起因する「DNAの超らせん」など、染色体に内包された微視的な構造要素が、いかにして巨視的な染色体の構築に貢献しているのかという問題はほとんど理解されていない。そこで、本課題では、代表者が独自に開発したカエル卵無細胞系や精製因子を用いた再構成系を駆使して、クロマチンの微視的構造から染色体高次構造までの連関をスケール横断的な視点から理解することを目指す。2022年度には、まず、従来のカエルの精子核の代わりにカエルの赤血球核をカエル卵抽出液中でインキュベーションする方法と顕微鏡下で染色体高次構造を定量的に評価する方法を確立した。これらを組み合わせた解析により、クロマチンリモデラーが染色体の個別化を促進させるのに対し、リンカーヒストンは個別化を抑制的に機能することが示唆された。また、細菌由来のタンパク質を用いて、染色体内のDNAの超らせんを検出する方法も検討した。