ゲノムの「壊れやすい場所」を一網打尽に -1細胞解析で染色体脆弱部位の多様性が明らかに-

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2026-09-23 理化学研究所,神戸大学,科学技術振興機構

理化学研究所・神戸大学・科学技術振興機構(JST)の研究チームは、独自開発の1細胞全ゲノムDNA複製解析法「scRepli-seq」を用いて、複製ストレスによって染色体切断が生じやすい「ゲノムの壊れやすい場所」を網羅的に解析した。従来法では検出が難しかった低頻度の染色体切断も1細胞単位で捉えた結果、既知の染色体脆弱部位(CFS)だけでなく、特徴の異なる複数の非CFS切断部位を発見し、計5種類のクラスに分類した。各クラスはDNA複製タイミングやゲノム構造、転写との関係などが異なり、染色体切断は単一の機構ではなく複数の異なる経路で生じることが示唆された。これらの成果は、がんなどで生じるゲノム不安定性の仕組みを理解するための基盤となる。

ゲノムの「壊れやすい場所」を一網打尽に -1細胞解析で染色体脆弱部位の多様性が明らかに-
1細胞解析による複数の新たな染色体脆弱部位の同定

<関連情報>

染色体切断の単一細胞マッピングにより、異なるDNA複製タイミング特性を持つ複数の脆弱部位クラスが特定された Single-cell mapping of chromosome breaks identifies multiple fragile site classes with distinct DNA replication timing landscapes

Jothivanan Elumalai & Ichiro Hiratani
Nature Communications  Published:23 September 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-026-76451-1

Abstract

Common fragile sites (CFSs) are genomic regions susceptible to chromosome breaks. However, because they were identified using cell populations, low-frequency fragile sites (non-CFSs) could have been overlooked. Here we perform single-cell genome-wide mapping and classification of aphidicolin-induced chromosome breaks. In human osteosarcoma cells, 42% of breaks exhibit features of CFSs. The remaining 58% are non-CFSs that are ‘rare’ and replicate throughout the S-phase. Among non-CFSs, we identify early-S replicating breaks associated with transcription-replication conflicts, as well as two additional break classes. One is dependent on transcription and coincides with early-to-late-S replication timing (RT) transition regions, while another class exhibits late-S RT with its frequency increasing upon transcription inhibition. Intriguingly, we find that different RT landscapes are associated with distinct aphidicolin-induced RT behavior and break classes. Our data reveal the frequencies, RT landscapes, and mechanistic differences among distinct break classes, providing a comprehensive view of genomic regions prone to breakage under replication stress.

細胞遺伝子工学
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