研究課題別中間評価結果

1.研究課題名
細胞周期における染色体制御に必須な高次複合体の解明
2.研究代表者名
柳田 充弘 (京都大学大学院生命科学研究科 教授)
3.研究概要
 細胞周期M期に起こる染色体分配機構を分子レベルで理解するために、分裂酵母をモデル系として研究を推進した。正確な分配に必須な動原体タンパク質Mis6,Mis12,Cnp1、姉妹染色分体を結合するコヒージョンタンパク質Mis4アドヘリン、凝縮を引き起こすコンデンシン複合体の三つの必須サブユニット、染色体分離を起動するAPC/サイクロソームの新規必須ユニットを同定、細胞周期における制御、リン酸化、ユビキチン化修飾の存在を明らかにした。また、Cut1/セパリン−Cut2/セキュリン複合体のM期中期後期遷移における機能と制御メカニズムを追及した。これら複合体の細胞周期における作用点がG1期からM期にまたがっていることも明かにした。新規の概念として、染色体分配は細胞周期を通じて広範に準備を進められていることが把握された。これらの必須タンパク質は酵母からヒトまで進化的に保存されていることも明らかにした。
4.中間評価結果
4−1.研究の進捗状況と今後の見込み
@動原体タンパク機能の研究
 当初、動原体機能に必須なMis6タンパクの理解を押し進めることを課題としたが、その後にMis12およびCnpを発見した。
A染色体凝縮に必須なコンデンシン分子機能の研究
 染色体凝縮に必須なCut3-Cut14複合体が一本鎖DNAを二重鎖にする強力な再生活性を有することを報告した。残りのサブユニット遺伝子のクロ−ン化とそれらの性状についての解析を行った。
B姉妹染色体を統合するアドヘリンとコヒーシン複合体の分子機能の研究
 Mis4がDNA複製をした後の同一な姉妹染色分体の結合タンパク質であることを見出した。姉妹染色分体をさらに理解するために、分裂酵母のコヒーシン複合体タンパク質を同定し、その性質を明らかにする研究を開始した。
C染色体分配を起こさせるタンパク質分解に必須な複合体の研究
 染色体分配が細胞周期の制御と協調して起こるためには、APC/サイクロソームによるユビキチン化の制御とCut1-Cut2複合体の役割を理解することが重要であった。
DCut1-Cut2(セパリン−セキュリン)複合体の分子機能の解明
 本研究の進行1過程において、これら複合体について重要な発見が他の生物でもなされた。
EDNA損傷・複製チェックポイントの研究
 染色体の動態を理解するための一環として、損傷チェックポイントの研究を行ってきた。
4−2.研究成果の現状と今後の見込み
@動原体タンパク機能の研究 
 Mis6が失われると、動原体のM期における二方向性が失われること、これが分配の正確さを失う原因であることを証明した。
 Mis12が同様に動原体タンパクであり、Mis6とは独立に機能し、動原体の二方向性の確立に必須であることを見出した。Cnp1の欠失体及び温度感受性変異体では、染色体の異常分配が起こった。これらの発見により、姉妹キネトコアの二方向性を決定するメカニズムが高等動物においても遺伝子レベルで研究する道を切り開いたことになる。さらにMis12の出芽酵母ホモログであるMtw1pの研究を通じて、姉妹染色分体がS期直後にいち早く分離しており、動原体でなく腕の部分の結合で二方向性が保たれていることを示した。
A染色体凝縮に必須なコンデンシン分子機能の研究
 SMC以外のサブユニットも凝縮に必須であるという、初めての証拠を示した。複合体はCut3サブユニットのCdc2リン酸化部位のリン酸化に依存して、核に局在することが明らかとなった。、リン酸化部位をアラニン変異体にすると、コンデンシンはM期においても細胞質にとどまり、染色体凝縮は全く起きない。コンデンシンは、Cdc2キナーゼが不活性化された後もG1期終了まで核にとどまり、S期になると核外に輸送される。コンデンシンがいかにして核クロマチンに組み込まれるのかについての研究の過程で、インポーチンαのホモログであるCut15が染色体凝縮に必須であることを見出した。また、コンデンシンの5種のサブユニットを大量発現して、複合体を大量に純化することを試みている。
B姉妹染色体を統合するアドヘリンとコヒーシン複合体の分子機能の研究
 SMCサブユニットであるPsm1、Psm2の遺伝子をクローン化し、それ以外のRad21、Psc3などの研究を開始し興味深い結果を得た。
C染色体分配に起こさせるタンパク質分解に必須な複合体の研究
 新たなAPC/サイクロソームサブユニット(Cut20、Cut23、APC10)を発見した。Cut23はユビキチン化に依存した分解がM期の中期から後期にかけておこる。APCサイクロソームサブユニットのどれもが、アミノ酸配列のレベルで高度に類似したものが高等動物においても見出された。
DCut1-Cut2(セパリン−セキュリン)複合体の分子機能の解明
 研究者らが分裂酵母で見出したCut1-Cut2複合体の重要性が認められ,酵母からヒトまでCut2/Pds1/TPPG/セキュリンを通じて染色体分配の起動メカニズムの類似性が明らかになり、このセキュリン−セパリン複合体の担う分子メカニズムの研究に関心が向かっている。Cut1分子が細胞内で細胞質及びM期のスピンドル極体、及びスピンドルに局在することを見出した。さらに、Cut1がスピンドル機能に深く関わることを示した。
EDNA損傷・複製チェックポイントの研究
 複製チェックポイントに必須なCut5タンパク質と相互作用するタンパクCrb2を同定した。このCrb2タンパク質は損傷チェックポイントに必須で、また、がん抑制遺伝子であるBRCA1と大変似ており、欠失株の中で染色体分配異常が高頻度で起こるので、大変興味深い。以上の結果は、Nature、Science、Cellなどに発表した。
 今後の見込みとしては、細胞周期制御と染色体分配のメカニズムについてより深い分子的な理解を目指す。動原体タンパク質の研究はキネトコア特異的クロマチンの形成とそれを制御するシグナル伝達機構(タンパク質の修飾)の把握に努める。特に、Cut1-Cut2複合体の分子機能の理解は最重要課題としたい。さらに、DNA損傷チェックポイントの研究はCrb2、Cut5の分子的な働きをRad3(ヒトのATMと類似)キナーゼとの関連で理解していく。これらの正常な細胞周期での役割も明かにしたい。
4−3.総合的評価
 細胞分裂のM期進行の分子的メカニズムに独創的観点と最近の分子生物学的手法を用いて肉迫しており、この面では完全に世界をリードしている。発表論文の質、量から見てもトップクラスである。研究を進める上での目標は明確であり、協力体制もすばらしい。更なる研究の発展が期待される。
戻る