Roles for nucleosomes and DNA topology in mitotic chromosome assembly

核小体和 DNA 拓扑在有丝分裂染色体组装中的作用

• 批准号: 22H02551
• 负责人: 新冨 圭史
• 金额: $ 11.15万
• 依托单位: Institute of Physical and Chemical Research
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H02551/
• 关键词: 染色体; DNAトポロジー; ヌクレオソーム; クロマトソーム

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。

染色体构建是细胞分裂过程中将遗传信息准确传递给子细胞的重要事件。近年来，通过包括本研究项目的代表在内的多个小组的大力研究，染色体构建所需的蛋白质清单已基本完成。此外，最新研究表明，一种这样的蛋白质——凝缩蛋白，利用从 ATP 水解反应获得的能量在 DNA 中创建环结构。基于这些研究结果，人们提出了一种模型，其中DNA环通过以连续或螺旋楼梯模式排列而折叠成染色体。然而，关于染色体构建机制的许多观点仍不清楚。例如，染色体中包含的微观结构，例如“核小体”（染色质的基本结构单位）、“染色体”（其中连接组蛋白与核小体结合）以及“DNA 超螺旋”（DNA 超螺旋）。源自双螺旋结构的元素如何促进宏观染色体的构建的问题人们知之甚少。因此，在本项目中，我们将利用代表人开发的蛙卵无细胞系统和纯化因子重建系统，跨尺度研究从染色质微观结构到染色体高阶结构的联系。目的是从不同的角度来理解。 2022年，我们首次建立了在蛙卵提取物中孵育蛙红细胞核代替常规蛙精子核的方法，以及在显微镜下定量评价染色体高阶结构的方法。这些研究的综合分析表明，染色质重塑剂促进染色体个体化，而连接组蛋白则起到抑制个体化的作用。他们还研究了一种利用细菌蛋白检测染色体内 DNA 超螺旋的方法。

项目成果

Monitoring the compaction of single DNA molecules in Xenopus egg extract in real time.

• DOI: 10.1073/pnas.2221309120
• 发表时间: 2023-03-21
• 期刊: PROCEEDINGS OF THE NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES OF THE UNITED STATES OF AMERICA
• 影响因子: 11.1
• 作者: Sun, Mingxuan;Amiri, Hossein;Tong, Alexander B.;Shintomi, Keishi;Hirano, Tatsuya;Bustamante, Carlos;Heald, Rebecca
• 通讯作者: Heald, Rebecca

MRC London Institute of Medical Sciences(英国)

MRC 伦敦医学科学研究所（英国）

Solubilization of Mouse Sperm Chromatin for Sequencing Analyses Using a Chaperon Protein

使用伴侣蛋白溶解小鼠精子染色质进行测序分析

• DOI: 10.1007/978-1-0716-2724-2_11
• 发表时间: 2022
• 期刊: Methods in Molecular Biology
• 作者: Yuko Fukuda;Keishi Shintomi;Kosuke Yamaguchi;Yasuhiro Fujiwara;Yuki Okada
• 通讯作者: Yuki Okada

所属機関による研究成果紹介

所属机构研究成果介绍

カエル卵抽出液を使った体細胞核の再プログラム化

使用青蛙卵提取物重编程体细胞核

• 发表时间: 2022
• 作者: Katsumura Sakie;Siddiqui Nadeem;Goldsmith Michael Rock;Cheah Jaime H.;Fujikawa Teppei;Minegishi Genki;Yamagata Atsushi;Yabuki Yukako;Kobayashi Kaoru;Shirouzu Mikako;Inagaki Takeshi;Huang Tim H.-M.;Musi Nicolas;Topisirovic Ivan;Larsson Ola;Morita Masahiro;新冨圭史
• 通讯作者: 新冨圭史