細胞分裂時の染色体の構築・脱構築を再現 -主要構成タンパク質の活性切り替えの仕組みを解明-

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2026-07-06 理化学研究所

理化学研究所の新冨圭史専任研究員らの研究チームは、独自に開発した染色体再構成系を用いて、細胞分裂時の染色体の構築と脱構築を試験管内で再現し、その制御機構を解明した。研究では、染色体形成の中心的役割を担うタンパク質複合体「コンデンシンⅠ」に着目し、組換えタンパク質を用いた解析から、活性化には「2段階のリン酸化」が必要であることを明らかにした。まず天然変性領域のリン酸化によって自己抑制が解除されDNA結合能が高まり、続いてコア領域のリン酸化によって最大活性化され、効率的な染色体構築が実現することを示した。一方、細胞分裂終了時には脱リン酸化酵素PP2A-B55がコンデンシンⅠを脱リン酸化し、染色体から解離させることで、棒状染色体がクロマチンへ戻る脱構築過程を初めて試験管内で再現した。本成果は、細胞分裂における遺伝情報継承の基本原理を分子レベルで明らかにしたものであり、染色体異常や細胞増殖異常に関わる疾患研究や、細胞機能を再構成して理解する新たな生命科学研究の発展に貢献すると期待される。研究成果は「PNAS Nexus」に掲載された。

細胞分裂時の染色体の構築・脱構築を再現 -主要構成タンパク質の活性切り替えの仕組みを解明-
精製タンパク質を使った染色体再構成

<関連情報>

生化学的再構成によって明らかになったコンデンシンIの二重リン酸化調節機構 Dual phosphoregulatory mechanisms of condensin I revealed by biochemical reconstitution

Keishi Shintomi,Shoji Tane,Yuki Masahara-Negishi,Tatsuya Hirano
PNAS Nexus  Published:16 June 2026
DOI:https://doi.org/10.1093/pnasnexus/pgag218

Abstract

Exactly how cell cycle regulators control sequential large-scale transformations of chromatin structure during mitosis is not fully understood. Here, through biochemical reconstitution with a minimal set of recombinant proteins, we demonstrate that the assembly and disassembly of mitotic chromatids are orchestrated by dual modes of phosphoregulation of condensin I. First, cyclin B-Cdk1 phosphorylates the terminal intrinsically disordered regions (tIDRs) of the non-structural maintenance of chromosome subunits, releasing condensin I from self-suppression imposed by these regions. Second, phosphorylation of a conserved residue in the central region of the kleisin subunit CAP-H by Cdk1 is essential for the full activation of condensin I. Conversely, addition of the protein phosphatase PP2A-B55 is sufficient to trigger the dissociation of condensin I from reconstituted chromatids, thereby driving their disassembly. Complementary analyses using Xenopus egg extracts reveal that the tIDRs and the kleisin central region are phosphorylated and dephosphorylated with distinct kinetics during mitotic entry and exit. Together, these findings uncover an elaborate yet streamlined regulatory network that tightly couples chromatid assembly and disassembly to mitotic progression.

細胞遺伝子工学
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