超解像顕微鏡が解き明かす染色体凝縮の仕組み

〜コンデンシンが「DNAクリップ」として働く〜


■概要
　細胞が分裂するためには、複製された長いゲノム(1)DNAが分裂期染色体(2)として凝縮し、それが2つの娘細胞に正確に分配される必要があります。これにはコンデンシン(3)というタンパク質が重要な役割を果たすと考えられていますが、コンデンシンがどのようにしてゲノムDNAに働き、染色体を凝縮させるのかは不明でした。このたび、情報・システム研究機構 国立遺伝学研究所 日比野佳代 助教、田村佐知子　テクニカルスタッフ、南克彦　大学院生、島添將誠　大学院生、前島一博　教授のグループ、夏目豊彰　助教、鐘巻将人　教授のグループは、横浜市立大学大学院生命ナノシステム科学研究科 境祐二 特任准教授、理化学研究所 高木昌俊　専任研究員、今本尚子　主任研究員のグループと共同で、分裂するヒト細胞の染色体内をナノメートル(4)レベルで可視化できる超解像蛍光顕微鏡(5)を用い、ゲノムDNAの動きを観察・解析しました。
　その結果、高度に凝縮した分裂期染色体においても、ゲノムDNAが揺らいでいることを発見しました。そして染色体が凝縮する過程で、DNAの揺らぎが次第に抑えられ、コンデンシンが「クリップ」のようにDNA同士を結びつけ、DNAの揺らぎを抑えていることが分かりました。また、DNAがヒストンというタンパク質に巻きついた構造であるヌクレオソーム同士の相互作用も、染色体全体を凝縮させる役割を果たすことが明らかとなりました。これらの実験結果は、計算機シミュレーションで作られたモデル染色体でも再現できました。今回の発見は、細胞が分裂する際、長いゲノムDNAから染色体がどのように作られるかを解明するものです。細胞分裂の異常に関連する「がん」などの疾患の理解・治療につながることが期待されます。
　本研究は、2024年8月21日に「Nature Communications」にオープンアクセスとしてオンライン掲載されました。





[画像1]https://digitalpr.jp/simg/1706/93685/500_340_2024082212150766c6ad3b5117d.jpg


図1：(左）DNAはヒストンに巻かれてヌクレオソームを形成する。ここでは4 個のヌクレオソームが描かれているが、1つの細胞あたり3000万個ものヌクレオソームが存在する。ヌクレオソームは不規則に折り畳まれて塊（クロマチンドメイン）を形成し、細胞の核のなかに収められている。（右）本研究によって、分裂細胞の染色体のなかの単一のヌクレオソーム（赤）を標識する技術が開発され、その振る舞いが明らかになった。