染色体生物学研究室

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細胞ネットワーク講座

深川竜郎　教授

キーワード：

染色体、キネトコア、セントロメア、染色体分配

遺伝情報はどのように次世代の細胞へ伝わるのか？

我々の研究室の最も重要な関心は、「細胞分裂の過程で、染色体がどのように分配されるのか?」についてです。染色体分配の過程では、紡錘体微小管が染色体のある特殊な構造を捉えて、娘細胞に染色体を分配します。この特殊な構造は、キネトコアと呼ばれ、染色体のセントロメアという領域の上に形成されます。染色体の分配機構を理解するために、我々はキネトコア/セントロメアに注目しています。具体的には、セントロメアがゲノム領域上でどのように規定され、100種類を超えるタンパク質がキネトコアをどのように形成するのかを明らかにしようとしています。この疑問に答えるために、分子生物学、細胞生物学、生化学、構造生物学、ゲノム工学の手法を用いて研究しています。

これまでに明らかになったキネトコア構造の分子模式図。この詳細の分子構造の理解と、どのようにこの構造が構築され、機能するかについて研究している。

メンバー

深川竜郎　教授	tfukagawa[at]fbs.osaka-u.ac.jp
堀哲也　准教授	thori[at]fbs.osaka-u.ac.jp
原昌稔　助教	mahara[at]fbs.osaka-u.ac.jp
有吉眞理子　特任助教（常勤）	mariyoshi[at]fbs.osaka-u.ac.jp
Shreyas Sridhar　特任助教（常勤）
牧野文信　招へい准教授（日本電子株式会社）
竹下由美子　技術補佐員
大志茂かおり　技術補佐員
福岡玲香　技術補佐員
近藤恭子　事務補佐員（秘書）

研究者の詳細を大阪大学研究者総覧やReserach Mapで検索できます。

※メールアドレスの[at]は@に変換してください

Q＆A

現在注目しているテーマは何ですか？: 「キネトコアがどの様にできるのか？」が一番注目のテーマです。多くのキネトコア構成タンパク質が同定され、それらの再構成研究などが進んでいます。しかし、キネトコアは、細胞周期の進行とともにその構造がダイナミックに変換しますので、私たちは特にこのダイナミックな変換がどの様におこるのかを明らかにしたいと考えています。

最新のブレイクスルー、研究成果について教えてください。: キネトコアの重要な働きは、微小管と染色体との橋渡しです。したがって、微小管結合タンパク質がどの様にキネトコアにリクルートされるかを明らかにすることが大切です。多くの研究者が、CENP-Cというタンパク質が、微小管結合タンパク質のリクルートに重要と考えていましたが、私たちは、CENP-Tというタンパク質の方が、CENP-Cより重要だということを明らかにしました。これは、分野の定説を覆す発見です。また、CENP-Cについては、構造解析に結果、クロマチンへの新たな結合様式を明らかにしました。

どのようなバックグラウンドを持つメンバーで研究をすすめていますか？: 当研究室は、これまでに、理学、農学、医学、薬学など各種の学部を卒業した人たちが所属していました。セントロメア／キネトコア研究には、多様な方法が必要なので、どの様なバックグラウンドでも活躍できます。

国内外の研究機関との連携について教えてください。: 国内では、東京大学、東京工業大学、国立遺伝学研究所と密な共同研究を行っています。海外では、マサチューセッツ工科大学、エジンバラ大学、キューリ研究所などと連携して研究しています。

研究室から巣立った人たちはどのような道を歩まれていますか？: 国内外の研究機関での研究職や、企業での研究職が多いです。ただし、研究以外の場で活躍している人もいます。

今後どんな展開が期待されますか？: これまでは、培養細胞を用いた研究が中心でしたが、今後は個体を用いた研究や細胞ごとに異なる染色体分配機構の多様性に注目した研究を行っていこうと思っています。

研究成果

論文、総説、著書

2021年

Mariko Ariyoshi, Fumiaki Makino, Reito Watanabe, Reiko Nakagawa, Takayuki Kato, Keiichi Namba, Yasuhiro Arimura, Risa Fujita, Hitoshi Kurumizaka, Ei-ichi Okumura, Masatoshi Hara, Tatsuo Fukagawa

Cryo-EM structure of the CENP-A nucleosome in complex with phosphorylated CENP-C

EMBO J. 40(5):e105671. 2021 （PMID：33463726 DOI：10.15252/embj.2020105671）

2020年

Kohei Nishimura, Ryotaro Yamada, Shinya Hagihara, Rie Iwasaki, Naoyuki Uchida, Takumi Kamura, Koji Takahashi, Keiko U. Torii, Tatsuo Fukagawa

A super-sensitive auxin-inducible degron system with an engineered auxin-TIR1 pair.

Nucl. Acids. Res. 48(18):e108. 2020 （PMID：32941625 DOI：10.1093/nar/gkaa748）

Nuno M. C. Martins, Fernanda Cisneros-Soberanis, Elisa Pesenti, Natalia Y. Kochanova1, Wei-Hao Shang, Tetsuya Hori, Takahiro Nagase, Hiroshi Kimura, Vladimir Larionov, Hiroshi Masumoto, Tatsuo Fukagawa, William C. Earnshaw

H3K9me3 Maintenance on a Human Artificial Chromosome Is Required for Segregation but Not Centromere Epigenetic Memory.

J. Cell Sci. 133(14):jcs242610. 2020 （PMID：32576667 DOI：10.1242/jcs.242610）

Megumi Saito, Naoko Kagawa, Kazuhiro Okumura, Haruka Munakata, Eriko Isogai, Tatsuo Fukagawa, Yuichi Wakabayashi

CENP-50 Is Required for Papilloma Development in the Two-Stage Skin Carcinogenesis Model.

Cancer Sci. 111(8):2850-60 2020 （PMID：32535988 DOI：10.1111/cas.14533）

Masatoshi Hara, Tatsuo Fukagawa

Dynamics of kinetochore structure and its regulations during mitotic progression.

Cell. Mol. Life Sci. 77(15):2981-2995. 2020 （PMID：32052088 DOI：10.1007/s00018-020-03472-4）

Tetsuya Hori, Tatsuo Fukagawa

Artificial generation of centromeres and kinetochores to understand their structure and function.

Exp. Cell Res. 389(2):111898 2020 （PMID：32035949 DOI：10.1016/j.yexcr.2020.111898）

2019年

Reito Watanabe, Masatoshi Hara, Ei-ichi Okumura, Solène Hervé, Daniele Fachinetti, Mariko Ariyoshi, Tatsuo Fukagawa

CDK1-mediated CENP-C phosphorylation modulates CENP-A binding and mitotic kinetochore localization

J. Cell Biol. 218(12):4042-4062 2019 （PMID：31676716 DOI：10.1083/jcb.201907006）

Yoshimasa Takizawa, Cheng-Han Ho, Hiroaki Tachiwana, Hideyuki Matsunami, Wataru Kobayashi, Midori Suzuki, Yasuhiro Arimura, Tetsuya Hori, Tatsuo Fukagawa, Melanie D. Ohi, Matthias Wolf, Hitoshi Kurumizaka

Cryo-EM Structures of Centromeric Tri-nucleosomes Containing a Central CENP-A Nucleosome

Structure 28(1):44-53.e4 2019 （PMID：31711756 DOI：10.1016/j.str.2019.10.016）

Hara M, Fukagawa T

Centromere maintenance during DNA replication

Nat. Cell Biol. 21(6):669-671 2019 （PMID：31160706 DOI：10.1038/s41556-019-0335-0）

Hara M, Fukagawa T

Where is the right path heading from the centromere to spindle microtubules?

Cell Cycle 18(11):1199-1211 2019 （PMID：31075048 DOI：10.1080/15384101.2019.1617008）

Eykelenboom JK, Gierliński M, Yue Z, Hegarat N, Pollard H, Fukagawa T, Hochegger H, Tanaka TU

Live imaging of marked chromosome regions reveals their dynamic resolution and compaction in mitosis.

J. Cell Biol. 218(5):1531-1552 2019 （PMID：30858191 DOI：10.1083/jcb.201807125）

Arimura Y, Tachiwana H, Takagi H, Hori T, Kimura H, Fukagawa T, Kurumizaka H

The CENP-A centromere targeting domain facilitates H4K20 monomethylation in the nucleosome by structural polymorphism.

Nat. Commun. 10(1):576 2019 （PMID：30718488 DOI：10.1038/s41467-019-08314-x）

2018年

Masatoshi Hara, Mariko Ariyoshi, Ei-ichi Okumura, Tetsuya Hori, Tatsuo Fukagawa

Multiple phosphorylations control recruitment of the KMN-network onto kinetochores

Nat. Cell Biol. 20(12):1378-1388 2018 （PMID：30420662 DOI：10.1038/s41556-018-0230-0）

Kohei Nishimura, Masataka Komiya, Tetsuya Hori, Takehiko Itoh, Tatsuo Fukagawa

3D genomic architecture reveals that neocentromeres associate with heterochromatin regions

J. Cell Biol. 218(1):134-149 2018 （PMID：30396998 DOI：10.1083/jcb.201805003）

Fujita H, Tokunaga A, Shimizu S, Whiting AL, Aguilar-Alonso F, Takagi K, Walinda E, Sasaki Y, Shimokawa T, Mizushima T, Ohki I, Ariyoshi M, Tochio H, Bernal F, Shirakawa M, Iwai K

Cooperative Domain Formation by Homologous Motifs in HOIL-1L and SHARPIN Plays A Crucial Role in LUBAC Stabilization.

Cell Reports 23(4):1192-1204 2018 （PMID：29694895 DOI：10.1016/j.celrep.2018.03.112）

Hara M, Fukagawa T

Kinetochore assembly and disassembly during mitotic entry and exit.

Curr. Opin. Cell Biol. 52:73-81 2018 （PMID：29477052 DOI：10.1016/j.ceb.2018.02.005）

Hara M, Lourido S, Petrova B, Lou HJ, Von Stetina JR, Kashevsky H, Turk BE, Orr-Weaver TL

Identification of PNG kinase substrates uncovers interactions with the translational repressor TRAL in the oocyte-to-embryo transition.

eLife 7:e33150 2018 （PMID：29480805 DOI：10.7554/eLife.33150）

Mills WE, Spence JM, Fukagawa T, Farr CJ

Site-Specific Cleavage by Topoisomerase 2: A Mark of the Core Centromere.

Int. J. Mol. Sci. 19(2):E534 2018 （PMID：29439406 DOI：10.3390/ijms19020534）

2017年

Ishiyama S, Nishiyama A, Saeki Y, Moritsugu K, Morimoto D, Yamaguchi L, Arai N, Matsumura R, Kawakami T, Mishima Y, Hojo H, Shimamura S, Ishikawa F, Tajima S, Tanaka K, Ariyoshi M, Shirakawa M, Ikeguchi M, Kidera A, Suetake I, Arita K, Nakanishi M

Structure of the Dnmt1 Reader Module Complexed with a Unique Two-Mono-Ubiquitin Mark on Histone H3 Reveals the Basis for DNA Methylation Maintenance.

Mol. Cell 68(2):350-360.e7 2017 （PMID：29053958 DOI：10.1016/j.molcel.2017.09.037）

Hara M, Fukagawa T

Critical Foundation of the Kinetochore: The Constitutive Centromere-Associated Network (CCAN).

Prog Mol Subcell Biol. 56:29-57 2017 （PMID：28840232 DOI：10.1007/978-3-319-58592-5_2）

Okumura K, Kagawa N, Saito M, Yoshizawa Y, Munakata H, Isogai E, Fukagawa T, Wakabayashi Y

CENP-R acts bilaterally as a tumor suppressor and as an oncogene in the two-stage skin carcinogenesis model.

Cancer Sci. 108(11):2142-2148 2017 （PMID：28795467 DOI：10.1111/cas.13348）

Nishimura K, Fukagawa T

An efficient method to generate conditional knockout cell lines for essential genes by combination of auxin-inducible degron tag and CRISPR/Cas9.

Chromosome Res. 25(3-4):253-260 2017 （PMID：28589221 DOI：10.1007/s10577-017-9559-7）

Fukumura T, Makino F, Dietsche T, Kinoshita M, Kato T, Wagner S, Namba K, Imada K, Minamino T

Assembly and stoichiometry of the core structure of the bacterial flagellar type III export gate complex.

PLoS. Biol. 15(8):e2002281 2017 （PMID：28771466 DOI：10.1371/journal.pbio.2002281）

Hiraoka KD, Morimoto YV, Inoue Y, Fujii T, Miyata T, Makino F, Minamino T, Namba K

Straight and rigid flagellar hook made by insertion of the FlgG specific sequence into FlgE.

Sci Rep 7:46723 2017 （PMID：28429800 DOI：10.1038/srep46723）

Hori T, Shang WH, Hara M, Ariyoshi M, Arimura Y, Fujita R, Kurumizaka H, Fukagawa T

Association of M18BP1/KNL2 with CENP-A nucleosome is essential for centromere formation in non-mammalian vertebrates

Dev. Cell 42(2):181-189.e3 2017 （PMID：28743004 DOI：10.1016/j.devcel.2017.06.019）

Tatsuo Fukagawa

Critical histone post-translational modifications for centromere function and propagation

Cell Cycle 16(13):1259-1265 2017 （PMID：28840232 DOI：10.1080/15384101.2017.1325044）

Masatoshi Hara, Boryana Petrova, Terry L. Orr-Weaver

Control of PNG kinase, a key regulator of mRNA translation, is coupled to meiosis completion at egg activation

eLife 6:e22219 2017 （PMID：28555567 DOI：10.7554/eLife.22219）

Toyoaki Natsume, Kohei Nishimura, Sheroy Minocherhomji, Rahul Bhowmick, Ian D. Hickson, Masato T. Kanemaki

Acute inactivation of the replicative helicase in human cells triggers MCM8-9-dependent DNA synthesis

Genes Dev. 31(8):816-829 2017 （PMID：28487407 DOI：10.1101/gad.297663.117）

Vargiu G, Makarov AA, Allan J, Fukagawa T, Booth DG, Earnshaw WC

Stepwise unfolding supports a subunit model for vertebrate kinetochores

Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 114(12):3133-3138 2017 （PMID：28265097 DOI：10.1073/pnas.1614145114）

Hori T, Kagawa N, Toyoda A, Fujiyama A, Misu S, Monma N, Makino F, Ikeo K Fukagawa T

Constitutive centromere-associated network controls centromere drift in vertebrate cells

J. Cell Biol. 216(1):101-113 2017 （PMID：27940888 DOI：10.1083/jcb.201605001）

2016年

Makino F, Shen D, Kajimura N, Kawamoto A, Pissaridou P, Oswin H, Pain M, Murillo I, Namba K, Blocker AJ

The architecture of the cytoplasmic region of type III secretion systems.

Sci Rep 6:33341 2016 （PMID：27686865 DOI：10.1038/srep33341）

Wei-Hao Shang, Hori T, Westhorpe FG, Godek KM, Toyoda A, Misu S, Monma N, Ikeo K, Carroll CW, Takami Y, Fujiyama A, Kimura H, Straight AF, Fukagawa T

Acetylation of histone H4 Lysine 5 and 12 is required for CENP-A deposition into centromeres

Nat. Commun. 7:13465 2016 （PMID：27811920 DOI：10.1038/ncomms13465）

Abe T, Kawasumi R, Arakawa H, Hori T, Shirahige K, Losada A, Fukagawa T, Branzei D

Chromatin determinants of the inner-centromere rely on replication factors with functions that impart cohesion.

Oncotarget 7(42):67934-67947 2016 （PMID：27636994 DOI：10.18632/oncotarget.11982）

Nagpal H, Fukagawa T

Kinetochore assembly and function through the cell cycle.

Chromosoma 125(4):645-59 2016 （PMID：27376724 DOI：10.1007/s00412-016-0608-3）

Dyomin AG, Koshel EI, Kiselev AM, Saifitdinova AF, Galkina SA, Fukagawa T, Kostareva AA, Gaginskaya ER

Chicken rRNA Gene Cluster Structure.

PLoS One 11(6):e0157464 2016 （PMID：27299357 DOI：10.1371/journal.pone.0157464）

Nishino T, Fukagawa T

Biochemical and Structural Analysis of Kinetochore Histone-Fold Complexes.

Methods Mol Biol. 1413:135-46 2016 （PMID：27193847 DOI：10.1007/978-1-4939-3542-0_9）

Tatsuo Fukagawa

Centromeric chromatin and kinetochore assembly in vertebrate cells.

F. Hanaoka, and K. Sugasawa (eds.) DNA replication, recombination, and repair: Molecular Mechanisms and pathology 365-387 2016 （ DOI：10.1007/978-4-431-55873-6_14）

Kusakabe M, Oku H, Matsuda R, Hori T, Muto A, Igarashi K, Fukagawa T, Harata M

Genetic complementation analysis showed distinct contributions of the N-terminal tail of H2A.Z to epigenetic regulations.

Genes Cells 21(2):122-35 2016 （PMID：26833946 DOI：10.1111/gtc.12327）

Wood L, Booth DG, Vargiu G, Ohta S, deLima Alves F, Samejima K, Fukagawa T, Rappsilber J, Earnshaw WC

Auxin/AID versus conventional knockouts: distinguishing the roles of CENP-T/W in mitotic kinetochore assembly and stability.

Open Biol 6(1):150230 2016 （PMID：26791246 DOI：10.1098/rsob.150230）

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〒565-0871 大阪府吹田市山田丘1-3
大阪大学大学院生命機能研究科ナノバイオロジー棟7階染色体生物学研究室
TEL：06-6879-4428
E-mail: tfukagawa[at]fbs.osaka-u.ac.jp（深川竜郎　教授）

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