染色体3次元構造の再構築がDNA複製を制御する―京都大学・理研がGINS4タンパク質の新機能を解明

研究者信息

研究者姓名

游佐宏介

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概要

理化学研究所生命功能科学研究中心发生表观遗传学研究团队的大字亚沙美研究员（研究当时，现为客员研究员）、平谷伊智朗团队主任以及京都大学医生物学研究所干细胞遗传学领域的游佐宏介教授等组成的联合研究团队发现，细胞分裂后染色体有序的三维结构得以重建，这一过程对后续DNA复制的起始具有重要作用。

本研究首次通过实验表明，DNA复制的精确调控不仅依赖于DNA序列上的信息，还与细胞核内染色体的三维结构密切相关，为DNA复制调控的基本原理提出了新的概念。

哺乳动物基因组被划分为基因活性较高（转录活跃）的A区室和相对不活跃且更为紧密压缩的B区室，二者在细胞核内呈空间分隔状态。基因组中的A区室与B区室区域往往与其“复制时序”的早晚高度对应：DNA复制通常先从A区室开始，随后扩展至B区室。

然而，这种对应关系在DNA复制调控中发挥何种作用，此前并不十分清楚。

此次，联合研究团队以小鼠胚胎干细胞为模型，构建了一套能够高效、全面筛选复制时序异常突变体的独特实验体系，并鉴定出GINS4蛋白这一新的DNA复制时序调控因子。

进一步分析特异性敲低GINS4的细胞后发现，GINS4不仅参与调控复制时序，还与B区室结构的形成密切相关。此外，研究还证实，核内区室结构未能正常建立的细胞无法启动DNA复制，从而实验证明了核内区室结构的构建是支撑DNA复制调控的重要过程。

本研究已于8月10日（日本时间）发表在《自然·通讯》在线版上。

图片：G1期向S期过渡时细胞核内A/B区室的形成及其与DNA复制调控的关系

研究者评论

“自本项目立项至今已历时9年，在众多同仁的支持下，我们终于完成了这篇论文的撰写。当我分析那些敲低GINS4的细胞时，发现了前所未见的、极为显著的B区室结构异常，当时的惊喜与感动至今历历在目。通过这项研究，我们也产生了许多亟待解答的新谜题，今后我将继续秉持不拘泥于成规的视角，矢志不渝地投身科学研究。”（大字亚沙美）

“基因组的三维结构以及A/B区室的构建过程与功能机制，迄今仍充满诸多未解之谜。不过，由于A/B区室与复制时序存在强烈相关性，因此若能鉴定出调控复制时序的因子，或许就能深入揭示A/B区室的构建原理及其生物学意义。正是基于这一朴素的想法，我们启动了这个颇具雄心的项目。论文投稿时可谓踌躇满志，但审稿过程却耗时近三年，其间不乏令人难以释怀的波折，堪称我职业生涯中最艰难的一次审稿经历。然而，正是凭借始终不放弃的努力，我们才得以将这份原创性强、扎实稳健的研究成果公之于世。若非第一作者大字亚沙美的敏锐洞察与超凡毅力，这样的成果绝无可能实现，这也让我再次深刻体会到‘科学归根结底是人’的道理。”（平谷伊智朗）

“我曾参与过多种类型的CRISPR筛选工作，但回想起来，这无疑是最为复杂的筛选之一。我们采用以GFP荧光强度变化不超过两倍为指标的报告系统来检测基因敲除所引起的改变；加之研究对象是复制这一瞬时的生命现象，因此起初并不确定CRISPR筛选是否适用。然而，得益于第一作者大字女士严谨细致的实验设计，我们最终成功找到了候选基因。自聚焦于GINS4以来，每次分析结果都令人耳目一新，整个研究计划周密、执行精到。能够参与这样一项研究，我深感荣幸。”（游佐宏介）