ゲノムを束ねるコヒーシン、遺伝子を読む機械の「読み急ぎ」を防ぐ―― ATPを使う分子モーターが、安定した転写への移行を支える仕組みを解明 ――

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2026-08-24 東京大学,国立遺伝学研究所

東京大学と国立遺伝学研究所の研究グループは、ゲノムDNAをループ状に束ねるタンパク質複合体コヒーシンが、遺伝子転写の開始タイミングを調整する「ゲートキーパー」として働く仕組みを明らかにした。ヒト細胞からコヒーシンを約3時間で急速に除去すると、遺伝子の入口であるプロモーターに集まるRNAポリメラーゼII(Pol II)は減少する一方、残ったPol IIは一時停止から早く離脱することが判明。両者が逆方向に作用するため、RNA総量だけを見ると異常が小さく見えていた。さらに、コヒーシンのATPアーゼサイクルに関連する短命な転写状態を捉え、コヒーシンがPol IIの「出発」を遅らせることで、PAF1CやSPT6など本格的な転写伸長に必要な補助因子が組み上がる時間を確保していることを示した。つまりコヒーシンはDNAの立体構造形成だけでなく、転写装置が準備を整えてから安定した転写へ移行するための品質管理機構として機能する。希少疾患やがんにおける転写異常の理解にもつながる成果である。

ゲノムを束ねるコヒーシン、遺伝子を読む機械の「読み急ぎ」を防ぐ―― ATPを使う分子モーターが、安定した転写への移行を支える仕組みを解明 ――
図1:「連続スタート」で理解するコヒーシンの二つの働き。

<関連情報>

コヒーシンは転写のゲートキーパーとして働き、一時停止と解除を抑制することで、連続的な伸長を促進する COHE sin acts as a transcriptional gatekeeper by restraining pause–release to promote processive elongation

Shoin Tei,Masashige Bando,Toyonori Sakata,Atsunori Yoshimura,Toyoaki Natsume,Masato T. Kanemaki,Takashi Sutani & Katsuhiko Shirahige
Nature Communications  Published:24 August 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-026-76738-3

Abstract

Cohesin organizes 3D chromatin architecture, including promoter–enhancer loops, yet its loss has surprisingly modest effects on steady-state gene expression. We address this paradox by demonstrating that cohesin acts at different stages of transcription in human cells. First, it promotes Pol II promoter recruitment by facilitating promoter–enhancer communication that maintains active promoter chromatin states. Second, it delays pause release by transiently associating with the transcriptional machinery during the pause–release transition. Kinetic modelling suggests that reduced Pol II recruitment and enhanced pause release have compensatory effects, contributing to minimal changes in steady-state gene expression across genes upon cohesin loss. In contrast, cohesin depletion impairs robust transcriptional induction in response to external stimuli. Moreover, cohesin ensures sufficient pausing duration as a quality-control-like step to promote elongation complex assembly and transcription processivity. Here, we show that cohesin regulates multiple transcriptional steps, offering mechanistic insight into cohesin-related diseases, including cancers and cohesinopathies.

細胞遺伝子工学
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