まず、深川先生に伺います。これまで一貫してセントロメア領域の解析を続けていますね。
はい。染色体の中央付近に位置するセントロメア領域は、染色体を均等に分配するための機能を担っていますが、「他の領域とは異なる特徴をもつようだ」 ということ以外、よくわかっていない点に興味を覚えたのです。すでに20年にわたって、この「未開の地」に挑み続けています。この領域には「繰り返し配 列」がきわだって多くシークエンスも困難だったのですが、昨年は、世界ではじめてニワトリの各染色体のセントロメアを、高精度にシークエンスすることにも 成功しました。今回、セントロメアに結合するタンパク質複合体を構造解析したのはなぜですか?
私たちは、セントロメア領域と相互作用するタンパク質 (CCAN)の同定や機能解析も進めてきました。その一つに、センプ-A (CENP-A)というタンパク質があります。センプA は、細胞周期のG1 期 (DNA 複製の準備期)にセントロメア領域に取り込まれ、ゲノムを均等分裂させるための装置 (キネトコア)を作るための印となることは、わかっていました。これまでのニワトリセントロメアDNA の解析では、センプA と相互作用するDNA 配列が、染色体ごとにバラバラで、配列の共通性が全くみられないことを突き止めていました。また、現在までに、各国の研究者によってセントロメアを構成す るタンパク質が100種ほどがリストアップされています。私たちは、そのなかに、センプA とは独立にキネトコア構築に関わる因子が存在すると予想し、実証しようと考えたのです。構造生物学が専門の西野助教に伺います。
どのような試料をどのように解析されたのでしょうか?
具体的にどのような構造が明らかになったのでしょうか?
セ ンプT-W とセンプS-X を比較すると、遺伝子の配列は全く異なります。ただし、DNA 結合モチーフなどの部分的なアミノ酸配列については共通性がみられました。そのDNA 結合モチーフはヒストンとも共通していたことから、両者ともヒストンに似た構造をもつことが予測されていました。ヒストンは染色体においてDNA を束ねるタンパク質で、8量体からなります。X線解析の結果でも、予想どおり両者ともにヒストンに似た立体構造をもつことを証明できました。つまり、ゲノ ムデータ上だけでなく、タンパク質の立体構造そのものが本当にヒストンと似ていることを証明したのです。さらにくわしくにみると、センプT-W は、センプT とセンプW が 「カタカナのコの字型」 のようにお互いが組み合わさることで2量体になっていました。またセンプS-X は、2量体同士が対称に組み合わさるように4量体となっていました。深川先生に伺います。明らかになった構造から、どのような知見が得られたのでしょうか?
一 つ目は、センプT-W-S-X がヒストンに似た立体構造をとることが、ゲノムを均等分配する際の鍵となることを示したことです。私たちは遺伝学の手法を用いて、センプT-W-S-X 遺伝子に変異を施した細胞を作り、そのような細胞では正常な細胞分裂ができなくなることも確かめました。二つ目は、ヒストンではないタンパク質が 「ヒストンに似た立体構造」 をもち、そこにDNA が結合して 「ヌクレオソームと似た構造」 をとることで、セントロメア領域に特徴的なクロマチン構造を新たに発見できたことです。エピゲノムというと、もっぱら 「ヒストンの修飾 (ヒストンコード)」 に注目が集まっていますが、私たちは新規のヒストン様構造を発見しました。これは、全く新しいエピゲノムのしくみを発見したことにもなり、大きなインパク トをもたらしたと自負しています。遺伝研で3年目を迎えた西野先生の今後の目標は?
今 回は、細胞生物学を専門とする深川先生と、構造生物学の私とでがっちりタッグを組めたことが成功の要因だったと思っています。実験結果などについて、本当 に密に話し合いました。この成果を第一歩として、センプA、センプT-W-S-X とはじめとするCCAN の構造と機能を突き止め、微小管をも含めたセントロメアの分裂装置を再構築し、機能を検証することが夢ですね。(文: サイエンスライター・西村尚子 / 2012.02.14 掲載)
掲載論文CENP-T-W-S-X forms a unique centromeric chromatin structure with a histone-like folds
Tatsuya Nishino, Kozo Takeuchi, Karen E. Gascoigne, Aussie Suzuki, Tetsuya Hori, Takuji Oyama, Kosuke Morikawa, Iain M. Cheeseman, and Tatsuo Fukagawa