コンデンシンはリンカーヒストンと競合してヘテロなDNA構造を形成する~分裂期染色体形成の生物物理の解明に期待~

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2025-09-25 北海道大学,理化学研究所

北海道大学と理化学研究所の研究チームは、分裂期染色体形成に関わるDNA構造の物理理論を構築した。カエル卵抽出液を用いた実験で、ヌクレオソームが形成されずDNAの絡まりが解消されない条件下で「スパークラー」と呼ばれる特異構造が現れることを発見。観察により、DNAループ先端ではコンデンシンが集中し、他領域ではリンカーヒストンが高濃度で存在することが判明した。研究チームはこの競合がDNA表面での相分離を引き起こし、ヘテロなDNA構造の原因となるとする熱力学モデルを提案。これにより、分裂期染色体形成の生物物理学的理解が進展すると期待される。成果はBiophysical Journalに掲載された。

コンデンシンはリンカーヒストンと競合してヘテロなDNA構造を形成する~分裂期染色体形成の生物物理の解明に期待~
図 1. a.スパークラーの概図、b.本研究で明らかにした DNA ゲル表⾯の⾮⼀様化のしくみ機構。

<関連情報>

コンデンシンIとリンカーヒストンの競合によるDNAループ構造の再構築 Reorganization of DNA loops by competition between condensin I and a linker histone

Tetsuya Yamamoto∙ Keishi Shintomi ∙ Tatsuya Hirano
Biophysical Journal  Published:September 24, 2025
DOI:https://doi.org/10.1016/j.bpj.2025.09.002

Abstract

Condensin-mediated loop extrusion is thought to be one of the primary mechanisms underlying mitotic chromosome assembly. However, how this process is affected by other chromosomal proteins, such as histones, is not well understood. Our previous study showed that in Xenopus egg extracts codepleted of topoisomerase IIα and the histone chaperone Asf1, a highly characteristic chromatin structure called the “sparkler” is assembled. The sparkler is a compact structure assembled on nucleosome-free, entangled DNA in which multiple protrusions radiate from a core. Interestingly, condensin I is concentrated at the tips of the protrusions, whereas the linker histone H1.8 is enriched in the remaining regions of the structure. To understand the biophysical mechanisms underlying sparkler assembly, we construct a model predicting that DNA loops extruded from the entangled DNA undergo phase separation into two domains: loops enriched in condensin I remain as protrusions, whereas those enriched in H1.8 are reeled into the central region. We propose that H1.8 competes with condensin I for DNA binding, thereby reorganizing DNA loops formed by condensin I under this specialized condition.

細胞遺伝子工学
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