2022-10-26 国立遺伝学研究所
我々ヒトを含む真核生物は、紡錘体と呼ばれるミクロンサイズの力発生装置を細胞内に構築して、遺伝情報の実体であるDNAを母細胞から娘細胞へ受け渡します。遺伝情報の正確な受け渡しには紡錘体をラグビーボール状の整ったかたちに作り上げることが大切です。一方で、紡錘体のかたちが崩れると染色体の断片化や異数化の引き金となって娘細胞に異常を引き起こします。
本研究では、この紡錘体のかたち作りの成功と失敗を分けるしくみを明らかにしました。特に、整ったかたちの紡錘体を作るための正しい組み立て順序を明らかにすることに加えて、かたちの崩れた紡錘体は、その組み立て順序を無作為に間違ったせいでなく、ある決まったルールで失敗していることも明らかにしました。また、この成功と失敗を分ける鍵が、紡錘体が自らの形状を記憶するメモリーフォームのような性質にあることも分かりました。
紡錘体のかたちの崩れはガンや不妊症との密接な関連が示唆されています。本研究で得られた知見はそれら疾病の発症メカニズムの理解を進める重要な一歩になります。
本研究成果は、国内2拠点(国立遺伝学研究所、九州大学)の生物物理学研究チームと国外2拠点(香港大学、台湾中央研究院)の生化学研究チームの国際共同研究によって得られたものです。
本研究は、以下の支援を受けて行われました。
科研費補助金(JP19H03201, JP20K21404, JP22H02590, JP18H05427, JP20H01872, JP21K18605, JP22K14014)、Human Frontier Science Program(RGP0037/2015)、国立遺伝学研究所公募型共同研究NIG JOINT(91A2019 and 58A2020)。
本研究成果は、米国科学雑誌「Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (PNAS)」に2022年10月26日(日本時間)に掲載されました。
図: 紡錘体の細胞内構築 ナノメートルサイズの分子モーターが微小管を運んで自らの1,000倍以上も大きな紡錘体を細胞内で正しく組み立てる。そこには鋳型も設計図も存在しない。組み上がった紡錘体は複製された染色体のペアを左右に分離することで遺伝情報(染色体)のコピーを母細胞から2つの娘細胞へ等しく分配する。写真は出来上がった二極性の紡錘体(左)と多極性の紡錘体(右)。多極性の紡錘体は染色体の均等分配能を欠く。赤は微小管、緑はDNA蛍光染色。スケールバーは10µm。
Morphological growth dynamics, mechanical stability, and active microtubule mechanics underlying spindle self-organization
T. Fukuyama, L. Yan, M. Tanaka, M. Yamaoka, K. Saito, SC. Ti, CC. Liao, KC. Hsia, YT. Maeda, Y. Shimamoto
PNAS (2022) 119, e2209053119 DOI:10.1073/pnas.2209053119
