A small RNA system ensures accurate homologous pairing and unpaired silencing of meiotic chromosomes

Hiroaki Tabara*, Shohei Mitani, Megumi Mochizuki, Yuji Kohara and Kyosuke Nagata *：責任著者

The EMBO Journal 2023 April 20 DOI:10.15252/embj.2020105002

プレスリリース資料

真核生物における減数分裂は、卵子と精子を形成するための生殖細胞特有の細胞分裂です。減数分裂の第 一分裂期においては、母方と父方由来の相同な染色体同士が並んで接着します。この現象は「相同染色体対 合」と呼ばれ、減数分裂における遺伝子組換えおよび正確な本数の染色体を持つ卵子と精子の形成に重要な 役割を果たしています。どのような仕組みで染色体同士の相同性が見出されているのかは、生命科学研究にお ける未解明の謎の一つでした。他方で、減数分裂期において相同性が見出せなかった非対合状態の DNA を 不活化する「非対合サイレンシング」と呼ばれる現象も知られていましたが、その仕組みもあまりわかっていませ んでした。

情報・システム研究機構 国立遺伝学研究所、東京女子医科大学、筑波大学の共同研究グループは、線虫 C. elegans をモデル生物として遺伝学および分子生物学的な研究によってこの謎の解明に挑みました。その結 果、減数分裂期染色体の相同対合における相同性認識そして非対合サイレンシングにおける染色体凝集反応 に「小分子 RNA システム（内在性 RNAi）」が関与していることを新たに見出しました。

本研究は、研究代表者の田原浩昭研究員の科学研究費・基盤研究（C）15K06943 の支援を受けて遂行されました。

本研究成果は、国際科学雑誌「The EMBO Journal」に2023年4月20日（日本時間）に掲載されました。

図: (A) 線虫における減数分裂期染色体の相同対合のジッパー構造モデル。ジッパー末端の留め具のように、 染色体末端のペアリングセンターの相互作用によって対合が開始される。その後、Argonaute タンパク（CSR-1 や CSR-2）と小分子 RNA の複合体が相同配列を持つ長鎖非コード RNA を橋渡し的に染色体間で認識す ることによって、ジッパーの歯が閉じられるように、残りの染色体領域が対合すると考えている。(B) パートナーを 持たない染色体の非対合サイレンシング。(C) シナプトネマ複合体の中央領域（A の緑に相当）を構成する SYP-1 の分布の顕微鏡写真。csr-1 変異体では一部の SYP-1 シグナルが分岐している。

Fucosyltransferase 8 (FUT8) and core fucose expression in oxidative stress response

Yuki M. Kyunai, Mika Sakamoto, Mayuko Koreishi, Yoshio Tsujino, Ayano Satoh

PLOS ONE (2023) 18, e0281516 DOI:10.1371/journal.pone.0281516

プレスリリース資料

学術研究院ヘルスシステム統合科学学域佐藤あやの准教授の研究室（岡山大学オルガネラシステム工学研究室）は、体を構成し、生命の最小単位である細胞、その中にある細胞小器官（オルガネラ）やオルガネラの一つで糖鎖生合成に関わるゴルジ体の研究をしているグループです。また、共同研究者の神戸大学大学院科学技術イノベーション研究科の辻野義雄教授の研究室では、コスメトロジー（化粧品学）の研究を、国立遺伝学研究所大量遺伝情報研究室の坂本美佳 特任研究員はゲノム解析の研究をしています。今回の共同研究では、さまざまな病気の原因となる酸化ストレスを解消する薬となり得る黒酢由来の化合物に、糖鎖の生合成を変化させる効能があることを見出しました。

本研究成果は、2023年2月13日、PLOS ONE に掲載されました。今後、この発見を病状判断などのマーカーとして活かすことができるかどうかを検討していきたいと考えています。

本研究は、科研費の支援を受けて実施しました（21H05028, 22K06128）

本研究には遺伝研スーパーコンピュータを利用しました。

Lesion recognition by XPC, TFIIH and XPA in DNA excision repair

Jinseok Kim, Chia-Lung Li, Xuemin Chen, Yanxiang Cui, Filip M. Golebiowski, Huaibin Wang, Fumio Hanaoka, Kaoru Sugasawa, and Wei Yang

Nature 2023 April 19 DOI:10.1038/s41586-023-05959-z

プレスリリース資料

神戸大学バイオシグナル総合研究センターの菅澤 薫教授と情報・システム研究機構 国立遺伝学研究所の花岡文雄所長、米国国立衛生研究所のWei Yang博士らの研究グループは、紫外線や化学発がん物質などによって生じる様々なDNA損傷を修復する過程で、修復の失敗を防いでいる精巧な分子メカニズムの解明に成功しました。今後、がんをはじめとする様々な疾患を防いでいるDNA修復機構のさらなる理解につながることが期待されます。

本研究は、日本学術振興会科学研究費補助金・基盤研究(S) (JP16H06307) 及び基盤研究(B) (JP21H03598) の支援により実施されました。

この研究成果は、4月19日（水）16時（英国時間）に、Nature誌に掲載されました。

Genetic basis controlling rice plant architecture and its modification for breeding

Wakana Tanaka, Takaki Yamauchi, *Katsutoshi Tsuda *責任著者

Breeding Science (2023) 73, 3-45 DOI:10.1270/jsbbs.22088

広島大学 田中若奈准教授、名古屋大学 山内卓樹准教授、国立遺伝学研究所 津田勝利助教らはイネの形態形成に関する総説を発表しました。

私たちが食べているお米（イネ：Oryza sativa）は約一万年前に栽培化が始まった祖先野生イネOryza rufipogonに由来します。その過程で人類による選抜を受け、イネの形態は大きく変化してきました。例えば栽培イネは野生イネに比べ、密植できるよう草型が直立し、倒伏を防ぐため茎は短く、穂につく米の数は多くなっています。近年の分子遺伝学によりイネの形態形成機構の理解が進み、重要な発生制御因子の多くが栽培化やその後の育種過程で弱いアリルとして利用されてきたことがわかってきました。本総説では、葉・茎・穂・根など器官ごとに発生学的知見をなるべく網羅し、実際に育種利用されてきた例を幅広くまとめました。イネ形態形成機構の理解の一助となり、今後の品種改良に向けた理論的基盤となることが期待されます。

本研究は、日本学術振興会 (JSPS) 科研費 (22K06267, 22H02308, 22H02319) の支援を受けました。

Phylogenetic and functional properties of hagfish neurohypophysial hormone receptors distinct from their jawed vertebrate counterparts

Yoko Yamaguchi, Wataru Takagi, Hiroyuki Kaiya, Norifumi Konno, Masa-Aki Yoshida, Shigehiro Kuraku, Susumu Hyodo

General and Comparative Endocrinology (2023), 336, 114257 DOI:10.1016/j.ygcen.2023.114257

プレスリリース資料

島根大学 生物資源科学部の山口陽子助教と吉田真明准教授、東京大学大気海洋研究所の高木亙助教と兵藤晋教授、富山大学の今野紀文講師、株式会社グランソール免疫研究所の海谷啓之博士（研究実施当時の所属　国立循環器病研究センター研究所）ならびに国立遺伝学研究所の工樂樹洋教授らの共同研究グループは、ヌタウナギの研究から、生存に不可欠な後葉ホルモン（抗利尿ホルモン）系の成り立ちについて、新たな仮説を提唱しました。

本研究は、情報・システム研究機構 国立遺伝学研究所が有する遺伝研スーパーコンピュータシステムを利用しました。また本研究は、文部科学省科学研究費助成事業（17H06876, 19K16178） 、東京大学大気海洋研究所学際連携研究（2018-2019年度）および花王芸術・科学財団（2018年度）の支援を受けました。

本研究成果は、2023年5月15日付で、国際学術雑誌「General and Comparative Endocrinology」に掲載され、表紙を飾るカバーイラストに選出されました(オンライン版は3月1日に公開済み)。

Condensed but liquid-like domain organization of active chromatin regions in living human cells

Tadasu Nozaki*, Soya Shinkai*, Satoru Ide*, Koichi Higashi*, Sachiko Tamura, Masa A. Shimazoe, Masaki Nakagawa, Yutaka Suzuki, Yasushi Okada, Masaki Sasai, Shuichi Onami, Ken Kurokawa, Shiori Iida, Kazuhiro Maeshima *co-first authors

Science Advances (2023) 9, eadf1488 DOI:10.1126/sciadv.adf1488

プレスリリース資料

ヒトのゲノムは、主に「ユークロマチン」「ヘテロクロマチン」の２つの領域に分類できるとされています。これまで長い間、頻繁に遺伝情報の読み出しが行われるユークロマチンはほどけている一方、遺伝情報の読み出しが抑えられているヘテロクロマチンは凝縮して塊を形成している、と考えられてきました。

今回、情報・システム研究機構 国立遺伝学研究所 の野崎慎 大学院生（遺伝研特別共同利用研究員、現在 米ハーバード大学研究員)、井手聖 助教、田村佐知子 テクニカルスタッフ、島添將誠 総研大生、飯田史織 総研大生(学振特別研究員 DC2)、前島一博 教授のグループ、東光一助教、黒川顕教授のグループは、理化学研究所 新海創也上級研究員、大浪修一チームリーダーと共同で、ユークロマチンも不規則に凝縮した「塊」を形成していることを発見しました。これは従来の定説を覆す発見で、不規則に凝縮した「塊」が、生きた細胞内におけるユークロマチンの基本構造であることがわかりました。

本研究では、ヌクレオソーム １分子を観察できる超解像蛍光顕微鏡を駆使し、蛍光標識したユークロマチンにおけるヌクレオソームの動きを生きた細胞において観察しました。さらに、2 色の蛍光色素を用いてユークロマチン内の近接した２つのヌクレオソームの動きを同時に観察・比較したところ、150 ナノメートル以内に近接した 2 つのヌクレオソームの動きに相関があることがわかりました（動画）。このことから、ユークロマチンが、平均直径 150 ナノメートルほどの不規則に凝縮した「塊」（クロマチンドメイン）を形成していることが明らかとなりました。また、さらなる解析により、ユークロマチンにおいてヌクレオソームはクロマチンドメインの内部で液体のように動いていること、クロマチンドメインの数十倍程度のより大きな染色体スケール（数ミクロン）では、ユークロマチンは動かず、固体のように振る舞うこともわかりました。

今回明らかになった、小さいスケールでのユークロマチンの液体のような振る舞いは、凝縮したクロマチンドメインにおける転写や DNA 複製、DNA 修復などの効率的な反応を可能にすると考えられます。また、ユークロマチンにおけるクロマチンの塊は、放射線などによる DNA の損傷への耐性にも貢献している可能性があります。さらに、より大きなスケールでのユークロマチンの固体のような振る舞いは、がんの原因となる長いクロマチンの絡まり･切断を防ぎ、遺伝情報の維持に貢献することが予想されます。今回の研究で、局所的には動的で反応性に富み、全体的には安定であるクロマチンの新しい描像が明らかになってきました。

本研究は、日本学術振興会(JSPS) 科研費(21H02453, 22H05606, 21H02535)、学術変革領域 A「ゲノムモダリティ」（20H05936, 20H05550）、先進ゲノム支援（16H06279(PAGS), 22H04925(PAGS)）、科学技術振興機構(JST) 戦略的創造研究推進事業(CREST) (JPMJCR15G2)、JST 次世代研究者挑戦的研究プログラム(JPMJSP2104)、上原記念生命科学財団の支援を受けました。

動画: 超解像蛍光顕微鏡により観察された生きた細胞の核内におけるヌクレオソームのゆらぎの動画。2色の蛍光色素を用いることで、近接したヌクレオソーム、あるいは少し離れたヌクレオソームを同時に観察できる。 上段のヌクレオソームの近接したペアは動きに相関が見られる。一方、下段の離れたヌクレオソームのペアは動きに相関が見られない。

Stealth Omicron: a novel SARS-CoV-2 variant that is insensitive to RT-qPCR using the N1 and N2 primer-probes

Hideo MORI, Hiroko YOSHIDA, Hideharu MORI, Tomoya SHIRAKI, Koichi KAWAKAMI

Cureus (2023) 15, e36373 DOI:10.7759/cureus.36373

プレスリリース資料

COVID-19の原因ウイルスであるSARS-CoV-2の感染を診断するためにRT-qPCR法による検査がおこなわれてきました。その際に、RT-qPCR法ではSARS-CoV-2のN遺伝子の2つの領域に設定されたプライマー・プローブ配列がタカラバイオ社、TOYOBO社製などのRT-qPCRキットに利用されています。

COVID-19のパンデミックが始まって以来、ゲノムに変異が生じたSARS-CoV-2の亜系統が多数出現し、現在、世界および日本ではオミクロン亜系統が主流となっています。2022年10月中旬に大阪で1名の患者から採取された唾液検体から見出したオミクロン亜系統は、N1およびN2のプライマー・プローブ領域に3箇所の変異を持ち、従来のプライマーでは陽性判定できないことがわかりました。

本研究結果により、N1およびN2領域に3箇所の変異のある変異株は従来のプライマー・プローブ配列によるPCR検査で陽性判定されないと考えられることから、COVID-19に特徴的な症状があり、従来のプライマーを用いたPCR検査で陽性判定できなかった場合は、別の箇所のプライマー・プローブでPCR検査を実施することで、このような変異株を見逃すことを回避できると考えられます。

本研究は、国立遺伝学研究所 発生遺伝学研究室の川上浩一教授の研究グループと大阪はびきの医療センター森秀夫医師の共同研究としておこなわれました。

この研究は部分的に国立遺伝学研究所への寄附金によって支援されています。

本研究成果は、国際科学雑誌「Cureus」に2023年3月19日（日本時間）に掲載されました。

共生細胞進化研究室の宮城島進也教授が第31回(令和5年度)木原記念財団学術賞を受賞しました。本賞は、生命科学の分野で特に優れた独創的な研究を行っている50歳未満の研究者に授与されるものです。

受賞課題：「細胞内共生による光合成生物の成立機構」

▶ 公益財団法人　木原記念横浜生命科学振興財団 受賞者決定記事

▶ 宮城島研究室・共生細胞進化研究室

2023年4月1日付けで新分野創造センターに２人の准教授が着任しました。

 准教授

▶佐々木 真理子：新分野創造センター、遺伝子量生物学研究室

▶山道 真人：新分野創造センター、理論生態進化研究室

新分野創造センター(Center for Frontier Research)は,「あたらしい人材」と「あたらしい分野」を同時に育成するためのインキュベーションセンターです。 若手の優れた研究者が研究室主催者（テニュアトラック准教授）として研究室を運営し、 遺伝研の卓越した研究環境や様々なサポートを活用して遺伝学とその周辺領域に新しい分野を開拓する研究を行っています。

2023年4月1日付で遺伝研に助教が着任しました。

▶黒川裕美子：染色体生化学研究室・村山研究室