\活発な転写が要因!/ 転写が染色体異常を起こすメカニズムを発見~セントロメア領域で染色体異常が起こるしくみ~

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2026-01-13 大阪大学

大阪大学大学院理学研究科のXU Ranさんと中川拓郎教授らの研究グループは、セントロメア領域での転写活性が染色体異常を引き起こす分子メカニズムを明らかにした。通常、セントロメアはヘテロクロマチン構造により転写が抑制されているが、分裂酵母を用いた解析から、転写が起こると転写の停止・後退・再開(PBRサイクル)が繰り返され、RNAとDNAが結合したRループが蓄積することが分かった。さらに、Rad52タンパク質がRループと一本鎖DNAの結合を促進し、新規中間体「ADRループ」を形成することで染色体異常が誘発されることを生化学実験により実証した。本研究は、Rループ依存的な染色体異常発生の理解を大きく進め、がんなど染色体異常を伴う疾患の新たな治療標的を提示する成果である。研究成果は Nucleic Acids Research に掲載された。

\活発な転写が要因!/ 転写が染色体異常を起こすメカニズムを発見~セントロメア領域で染色体異常が起こるしくみ~
DRIP-Seq法によるRループの検出

<関連情報>

セントロメリック反復における転写PBRサイクルは、Rad52依存性ADRループ形成を介して染色体再編成を引き起こす Transcriptional PBR cycles at pericentromeric repeats cause gross chromosomal rearrangements through Rad52-dependent ADR-loop formation

Ran Xu,Crystal Tang,Jianfang N Wang,Daisuke Motooka,Hideo Tsubouchi,Hiroshi Iwasaki,Takuro Nakagawa
Nucleic Acids Research  Published:13 January 2026
DOI:https://doi.org/10.1093/nar/gkaf1455

Abstract

Heterochromatin marked by histone H3 lysine 9 (H3K9) methylation represses transcription of pericentromeric repeats, thereby suppressing gross chromosomal rearrangements (GCRs). However, it remains unclear how transcription causes GCRs when heterochromatin is lost. Using fission yeast, we show that transcriptional Pausing–Backtracking–Restart (PBR) cycles accumulate R-loops, leading to GCRs. DNA–RNA immunoprecipitation (DRIP) revealed that loss of Clr4, the H3K9 methyltransferase, increased R-loops at pericentromeric repeats. Overexpression of RNaseH1 in clr4∆ cells reduced both R-loops and GCRs, demonstrating that R-loops cause GCRs. Tfs1/TFIIS and Ubp3, required for transcriptional restart, and Seb1, involved in pausing at pericentromeres, were required for R-loop accumulation and GCRs, implicating PBR cycles in the formation of genotoxic R-loops. We also demonstrate that Rad52 recombinase localizes to pericentromeric repeats and facilitates GCRs in clr4∆ cells. rad52–R45K, which impairs single-strand annealing (SSA), reduced GCRs. A single-stranded DNA (ssDNA) region within an R-loop may anneal to homologous ssDNA to form Annealing-induced DNA–RNA-loops (ADR-loops). Indeed, Rad52 facilitated ADR-loop formation in vitro. Polδ was also involved in GCRs. These data suggest that, when heterochromatin is lost, transcriptional PBR cycles accumulate R-loops at pericentromeric repeats, and Rad52-dependent SSA converts R-loops into ADR-loops followed by Polδ-dependent break-induced replication (BIR), resulting in homology-mediated GCRs.

細胞遺伝子工学
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