真核生物はなぜ線状の染色体をもつのか？

为什么真核生物有线性染色体？

基本信息

批准号：
21K19208
负责人：
加納純子
金额：
$ 4.16万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-07-09 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

一般的に、酵母などの真核生物の染色体は線状であり、大腸菌などの原核生物の染色体は環状である。生物界には、なぜこのような２種類の形態が存在するのだろうか？真核生物の染色体が線状である根本的な理由・利点は何だろうか？この生物の根本を問う疑問に答えるためには、同一の生物種で線状と環状の染色体をもつ細胞を比較する必要がある。単細胞真核生物である分裂酵母の染色体数は、真核生物の中で例外的に少ないため（３本）、低頻度ではあるが、大腸菌の染色体のように各染色体が「自己」環状化して安定化したサバイバー株を取得することができる。これまでに、分裂酵母細胞においてテロメア結合タンパク質Pot1を欠失させることにより、自己環状化染色体をもつ株を取得した。栄養豊富な培地における生存率を測定したところ、環状化染色体株の生存率はいずれも50%程度まで下がっていたことから、染色体が線状であることが栄養条件における正常な増殖に必要であることがわかった。次に、なぜ環状化染色体をもつ細胞は死にやすいのか？その細胞が死ぬ際、細胞内で何が起こっているのか？を明らかにするため、自己環状化染色体をもつ細胞を経時的に観察したところ、染色体分配に異常が生じ、もつれるような形態が高頻度に観察された。そこで、DNAの絡みを解くトポイソメラーゼの阻害剤で細胞を処理したところ、染色体自己環状化株は野生株と比較して高い感受性を示した。このことから、分裂酵母では染色体の絡みを解くことに問題があることが示唆された。

通常，诸如酵母等真核染色体是线性的，而核酸染色体（例如大肠杆菌）是圆形的。为什么这两种形式存在于生物世界中？真核染色体是线性的什么基本原因和优势？为了回答一个构成这种生物根源的问题，有必要将细胞与同一物种中的线性和圆形染色体进行比较。由于裂变酵母中单细胞真核生物中的染色体数量在真核生物中非常小（三个），因此可以获得每个染色体“自我”循环和稳定的幸存者菌株，例如大肠杆菌中的染色体。到目前为止，通过在裂变酵母细胞中删除端粒结合蛋白pot1来获得携带自摄染色体的菌株。当测量富含营养培养基的存活率时，在所有情况下，循环染色体菌株的存活率均下降至约50％，这表明在养分条件下，需要线性染色体对于正常生长都是必需的。接下来，为什么具有圆形染色体的细胞更有可能死亡？细胞死亡时，细胞内发生了什么？为了澄清这一点，随着时间的流逝，观察到具有自循环染色体的细胞，染色体分布引起异常，并且经常观察到纠缠的形态。因此，当细胞用拓扑异构酶的抑制剂处理脱离DNA的抑制剂时，染色体自身循环菌株的敏感性比野生应变更高。这表明染色体的裂变酵母脱离接触存在问题。