大阪大学大学院理学研究科の中川拓郎准教授、沖田暁子大学院生らの研究グループは、北海道大学の村上洋太教授、東京工業大学の木村宏教授、九州大学の高橋達郎准教授との共同研究でヘテロクロマチンがセントロメア領域の DNA 反復配列 (セントロメア・リピート) を「のりしろ」にした染色体異常を抑制することを世界で初めて明らかにしました。
生命の遺伝情報を担う染色体は、DNA がヒストンというタンパク質に巻き付いたヌクレオソームを基本単位とするクロマチン構造を形成します。染色体のセントロメア領域には、DNA の反復配列 (セントロメア・リピート) が存在し、凝縮したヘテロクロマチン構造が形成されます。DNA 複製の進行停止などにより DNA 損傷が自然発生的に起きた際、反復配列を「のりしろ」にして転座などの染色体異常が起こることがあります。こうした染色体異常がセントロメア周辺で起こるロバートソン転座は、ヒトで最もよく見られる染色体異常ですが、どのように制御されているのか明らかとなっていませんでした。
本研究では、分裂酵母を用いて染色体の安定性におけるヘテロクロマチンの役割を調べました。その結果、ヘテロクロマチンの基盤であるヒストン H3 の 9 番目のリシン残基 (H3K9) のメチル化修飾が、セントロメア・リピートを「のりしろ」にした染色体異常の抑制に重要であることを発見しました。通常、ヘテロクロマチンを形成する DNA 領域では、DNA を鋳型に RNA を合成する転写が不活化されています。ヘテロクロマチンによる染色体異常の抑制メカニズムを明らかにするため、ヘテロクロマチンが形成できない変異株を詳細に調べたところ、転写伸長を促進する転写因子 TFIIS が染色体異常を誘発することが明らかになりました。本研究により発見した「ヘテロクロマチンの転写制御を介した染色体異常の抑制機構」は、ゲノムの半分以上を反復配列が占めるヒトなどの高等真核生物では、より重要な役割を担っていると考えられます。
本研究成果により、DNA 変異を加えることなくクロマチン構造のみを操作することで、人為的に染色体の安定性を高められることが期待されます。
本研究成果は、Springer Nature 社の科学誌「Communications Biology」(オンライン) に、2019 年 1 月 11 日 (金) に公開されました。 (https://doi.org/10.1038/s42003-018-0251-z)
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