世紀を超えたDNA空間配置の謎を解明

研究トピックス

2022/08/02 投稿

世紀を超えたDNA空間配置の謎を解明

　細胞が分裂する際、DNAは凝縮して染色体になり、その後、二つの細胞に等しく分配されます。その時、染色体の交差部位にあるセントロメアという特別なDNA領域が、紡錘糸に引っ張られ両極に移動します。分裂が終了すると、染色体は脱凝縮して細胞核が構築されます。その時、両極に引っ張られたセントロメアの分布が変わらなければ、セントロメアが片方に偏在する細胞核になり、セントロメアの偏在が解消されバラバラに核膜内膜上に分散すれば、分散型の細胞核になります。
　1885年、オーストリアのカールラブル（Carl Rabl）博士は、セントロメアが偏在する細胞核構造（Rabl構造）を発見しました。それ以来、細胞核には、セントロメアが偏在するRabl構造、セントロメアが分散するnon-Rabl構造の二つの空間配置パターンがあることがわかっていました。例えば、酵母、ショウジョウバエ、コムギなどのセントロメアの空間配置はRabl構造をとりますが、ヒトやシロイヌナズナなどではnon-Rabl構造をとります。どちらの配置パターンを取るかは進化系統による特徴から見出されず、これまで、なぜ、生物によってセントロメアの空間配置が変化するのか、また、その空間配置の分子メカニズムも不明でした。
　東京理科大学理工学部の坂本卓也講師と東京大学大学院新領域創成科学研究科の松永幸大教授らは、大阪大学、理化学研究所、中部大学などと共同で、シロイヌナズナの変異体を使用してセントロメアを分散配置させるタンパク質群（CII-LINC複合体およびCRWN）の同定に成功し、二つの分子経路によってセントロメアの分散型パターンが形成されることを明らかにしました。1885年以来、130年以上、謎であったセントロメアの空間配置パターンの分子メカニズムが明らかになりました。この研究成果により、DNAの空間配置制御メカニズム研究の扉を開くことができました。
　また、正常なセントロメアの空間配置ができなくなると、DNA損傷ストレスを受けた時に器官成長が悪くなることがわかりました。これは、生物がDNA損傷ストレスに対応するためには、細胞核内の適切なDNAの空間配置が必要なことを示しています。今後、人為的に細胞核内にDNAを適切に空間配置する技術が開発されれば、ストレスに強い生物を作り出すことが可能になると考えられます。
　本研究成果は、2022年8月1日付けで「Nature Plants」のオンライン版に掲載されました。

図. Rabl構造とnon-Rabl構造
　マジェンタはセントロメア、緑色はDNAを示す。

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