繰り返し配列の「つながり」がヘテロクロマチン形成を誘導～分子生物学とソフトマター物理学の融合研究でヘテロクロマチン形成の謎に迫る～
【ポイント】
- 繰り返し配列を持つDNAのヘテロクロマチン形成の特徴を説明する理論の構築に成功。
- 配列の繰り返し単位が「つながっている」ことが、ヘテロクロマチン形成を誘導することを解明。
- 繰り返し配列の関与する核内現象の理解に波及することに期待。
【概要】
北海道大学創成研究機構化学反応創成研究拠点（WPI-ICReDD）の山本哲也特任准教授、同大学大学院理学研究院の浅沼高寛学術研究員と村上洋太教授らの研究グループは、生化学・分子生物学実験で得られた知見とソフトマター物理学理論を融合することによって、繰り返し配列をもつDNAがヘテロクロマチンを形成する機構を説明する理論を構築することに成功しました。
分裂酵母のセントロメア領域のヘテロクロマチン形成には、RNAi経路と呼ばれる機構が重要な役割を果たします。繰り返し配列が転写されるプロセスの間に、まだDNAと結合している作りかけのRNAが生成されますが、RNAi経路では、ダイサーによってそのRNAを短く切断するプロセスがヘテロクロマチン形成に必須となります。ヘテロクロマチンが形成・維持されるためには、その領域で定常的に短いRNAが生成される必要があります。配列の繰り返し単位が増えると、ヘテロクロマチンが形成されやすくなる（つまり、作りかけのRNAとダイサーとの結合効率が高くなる）性質が、高分子の繰り返し単位が多くなると表面への吸着効率が高くなる性質と類似しています。本研究では、ダイサーが核膜に局在化していることと、配列の繰り返し単位が「つながっている」ことを考慮に入れて、ヘテロクロマチン形成の理論を構築しました。この理論を使って、繰り返し配列のヘテロクロマチン化に関する実験結果を説明することに成功しました。
本理論は、配列の繰り返し単位が「つながっている」と共に、ダイサーが核膜を介して「つながっている」ことが、結合効率を高くする上で重要であることを予言します。相分離によるタンパク質の凝集体形成が昨今注目されていますが、相分離もタンパク質を「つなげる」役割がありますので、本理論は、繰り返し配列を持つDNAと凝集体との相互作用を考える上で重要な意味を持ちます。繰り返し配列が関与する核内現象は多くありますので、分裂酵母のヘテロクロマチン形成に対して知見を与えるだけでなく、様々な核内現象に波及することが期待されます。
なお、本研究成果は、2023年8月4日（金）公開のCommunications Biology誌に掲載されました。
論文名：Polymeric nature of tandemly repeated genes enhances assembly of constitutive heterochromatin in fission yeast（繰り返された遺伝子の高分子性が分裂酵母の構成的ヘテロクロマチン形成を誘導する）
URL：https://doi.org/10.1038/s42003-023-05154-w
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