細胞機能構造学研究室

Laboratory of Cellular Structure and Function

教授
平岡 泰 (Yasushi HIRAOKA)
mail hiraoka@fbs.osaka-u.ac.jp
教授
原口 徳子 (Tokuko HARAGUCHI)
mail tokuko@nict.go.jp
准教授
近重 裕次 (Yuji CHIKASHIGE)
mail chika@nict.go.jp
研究分野

分子細胞生物学

所属

(独)情報通信研究機構 未来ICT研究所

ロケーション

連携大学院 神戸市西区

研究内容

 我々の研究室では、高度な蛍光顕微鏡技術を用いて、細胞核の構造と機能の解析を行っている。特に、染色体の高次構造と核内配置、核膜の構造と機能、核膜の形成機構の研究は、我々の研究室の重要な研究テーマとなっている。染色体構造の研究には主に分裂酵母を、核膜の研究には主にほ乳類細胞や分裂酵母、人工的な再構成系を用いて研究を行っている。新たにテトラヒメナ細胞を用いた研究も始めました。

減数分裂期における染色体構造の解析

 我々の研究グループでは、分裂酵母の染色体のテロメア末端が、減数分裂期の特定の時期にだけ寄り集まるテロメアクラスターの現象を発見した。この現象は、分裂酵母だけでなく、ヒトやマウス、コーン、出芽酵母でも起こることが、他のグループから報告され、染色体構造の変化が生殖細胞をつくる過程で必須な過程であると考えられている。最近、我々は、テロメアクラスタリングに必要な因子として、減数分裂特異的にテロメアに結合する新規な蛋白質Bqt1とBqt2を発見し、テロメアが核膜を介して細胞骨格に繋がることを示した。この発見は、核内の染色体が、核膜で隔てられているにも関わらず、細胞質からリモートに動かすことができるという新しい概念を生み出した。減数分裂の仕組みの解明は、人類を始め、生命の継承に大きな意味を持つだけでなく、生殖医療や不妊治療にも意義がある。

高等動物細胞での細胞核構造の解析

 ヒトなどの高等動物では、遺伝子発現を通して高次の生命現象が引き起こされるが、その「場」としての細胞核を、構造体として理解しようとしている。染色体や核膜などの細胞核構造の、ダイナミクスや機能を知ることによって、遺伝子発現、細胞周期の制御、老化のメカニズムなど、高次な生命機能を分子レベルで明らかにすることを目指している。特に、細胞核を包む核膜構造は真核生物の特徴となっている重要な構造であるので、重点的に解析を進めている。

蛍光顕微鏡による画像化技術の開発

 生きた細胞内の分子の挙動を可視化する顕微鏡技術の開発を行っている。そのために、顕微鏡ハードウェアの開発だけでなく、細胞核構造やシグナル分子の可視化を可能とする蛍光プローブの開発に力を入れている。分裂酵母の全遺伝子の約3分の1の遺伝子に対し、光るタンパク質(GFP)を融合したGFP融合ライブラリーを作製するなど、ゲノムワイドな研究も行っている。

テトラヒメナの2つの核(大核と小核)の違いを知る

 原生動物の繊毛虫に属するテトラヒメナは、ゾウリムシと同じ仲間で、ひとつの細胞内に2種類の細胞核を持つのが特徴である。小核は、全ゲノムDNAを含むが、増殖期には転写に使われず、生殖分裂を行うときだけ使われる。大核は、ゲノムの一部が増幅したDNAが存在していて、増殖期に転写が盛んである。この2つの核は、細胞周期の進行も異なっている。ひとつの同じ細胞質に隣接して存在しながら、なぜ2つの異なる機能・構造の核が存在するか、この謎に挑戦している。

図0 Natureで紹介されたテロメアクラスター "News and View" Nature 392, 753 (1998)

図1 テロメアクラスターの仕組み

図2 分裂中のヒト培養細胞。染色体(青)とセントロメア(赤)、微小管(緑)を生きたまま観察。

図3 テトラヒメナ細胞。染色体(緑)。中央部分が大核、その左側に小核。

参考文献

Chikashige Y, Yamane M, Okamasa K, Osakada H, Tsutsumi C, Nagahama Y, Fukuta N, Haraguchi T, Hiraoka Y. Fission yeast APC/C activators Slp1 and Fzr1 sequentially trigger two consecutive nuclear divisions during meiosis. FEBS Lett. , (2017)

Iwamoto M, Hiraoka Y, Haraguchi T. Uniquely designed nuclear structures of lower eukaryotes. Curr. Opin. Cell Biol. 40 , 66 - 73 (2016)

Yang H-J, Asakawa H, Haraguchi T, Hiraoka Y. Nup132 modulates meiotic spindle attachment in fission yeast by regulating kinetochore assembly. J. Cell Biol. 211 , 295 - 308 (2015)

Asakawa H, Yang HJ, Yamamoto TG, Ohtsuki C, Chikashige Y, Sakata-Sogawa K, Tokunaga M, Iwamoto M, Hiraoka Y, Haraguchi T. Characterization of nuclear pore complex components in fission yeast Schizosaccharomyces pombe. Nucleus 5 , (2014)

Ding D-Q , Okamasa K, Yamane M, Tsutsumi C, Haraguchi T, Yamamoto M, and Hiraoka Y. Meiosis-specific non-coding RNA mediates robust pairing of homologous chromosomes in meiosis. Science 336 , 732 - 736 (2012)

Asakawa H, Kojidani T. Mori C, Osakada H, Sato M, Ding D-Q, Hiraoka Y, Haraguchi T. Virtual breakdown of the nuclear envelope in fission yeast meiosis.during meiotic prophase in fission yeast. Curr. Biol. 20 , 1919 - 1925 (2010)

Chikashige Y, Yamane M, Okamasa K, Tsutsumi C, Kojidani T, Sato M, Haraguchi T, Hiraoka Y. Membrane proteins Bqt3 and Bqt4 anchor telomeres to the nuclear envelope to ensure chromosomal bouquet formation. J. Cell Biol. 187 , 413 - 427 (2009)

Haraguchi T, Kojidani T, Koujin T, Shimi T, Osakada H, Mori C, Yamamoto A, and Hiraoka Y. Live cell imaging and electron microscopy revealed dynamic processes of BAF-directing nuclear envelope assembly. J. Cell Sci. 121 , 2540 - 2554 (2008)

Chikashige Y, Tsutsumi C, Yamane M, Okamasa K, Haraguchi T, Hiraoka Y. Meiotic proteins Bqt1 and Bqt2 tether telomeres to form the bouquet arrangement of chromosomes. Cell 125 , 59 - 69 (2006)

原口徳子、平岡泰 電子顕微鏡画像に動きを与えるイメージング法 細胞工学 25(10) , 1188 - 1189 (2006)

連絡先

〒651-2492 
神戸市西区岩岡町岩岡588-2
(独立行政法人)情報通信研究機構
未来ICT研究所 生物情報グループ
TEL:078-969-2240 or 2241
FAX:078-969-2249

http://www2.nict.go.jp/frontier/seibutsu/CellMagic/index.html

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