ゲノム情報解析研究分野

研究分野の概略

我々の研究室では命の設計図とも言える「染色体」の謎について研究しています。染色体はゲノムDNAと数百、数千の蛋白から構成される複合体ですが、実に多様な機能を果たしています。私達の興味は染色体の構造と機能をあらゆるレベルで理解することです。

研究内容の紹介

当研究室では染色体の遺伝情報制御ネットワークを、ゲノミクス、生化学、遺伝学を動員して解明しようとしています

染色体は生命の設計図であり、生物の生存・増殖のためには染色体（＝遺伝情報）が子孫細胞へ間違いなく継承されることが不可欠です。染色体は遺伝情報の発現の場であるとともに、遺伝情報維持に関与する数百のタンパク質因子が活動する場でもあります。
白髭研究室は世界にさきがけてChIP-chip法などのゲノム解析技術を実用化、染色体研究に取り入れ、様々な染色体機能の素過程と連携を明らかにすることに成功してきました。

現在、我々は次世代シークエンサーを足場にした解析技術を元に、これまで解析の難しかった巨大染色体の機能と構造の制御機構に迫ろうとしています。
特にコヒーシンと呼ばれる蛋白の染色体機能、構造形成における役割を明らかにし、その全貌が不明の巨大転写構造（エンハンソソーム）の実態を生化学的に解明しようとしています。
そこで最先端のゲノム学的解析に加え、従来なかったサイズー数百キロ塩基対サイズの合成DNAを用いた試験管内での転写再構成系の開発を進めています。

染色体高次機能を司る遺伝子の変異により引き起こされる一連のヒト希少疾患患者由来の細胞も材料とし、ゲノム学、生化学、遺伝学を駆使し、研究を進めています。

希少疾患の解析の結果判明した、コヒーシンおよびコヒーシンローダーによる転写制御ネットワーク。現在までに症状、分子病態の類似性から、コヒーシン病関連疾患と考えられている遺伝子群を示した。これらには、コヒーシンやその染色体へのローダーを構成する蛋白複合体のサブユニットおよび、RNA Polymeraseの活性化因子、クロマチンリモデリング因子などが含まれている。当研究室ではこれらの因子が具体的にどのように協調的に転写に関わっているのかを様々な手法を用いて明らかにすることを目指している。

論文一覧

Minamino M, Tei S, Negishi L, Kanemaki M, Yoshimura A, Sutani T, *Bando M, * Shirahige K (2018) Temporal Regulation of ESCO2 Degradation by the MCM Complex, the CUL4-DDB1-VPRBP Complex, and the Anaphase Promoting Complex Curr Biol. 28:2665-2672(*Shared Corresponding Authors)
Sutani T, Sakata T, Nakato R, Masuda K, Ishibashi1 M, Yamashita D, Suzuki Y, Hirano T, Bando M, Shirahige K. (2015) Condensin targets and reduces unwound DNA structure associated with transcription in mitotic chromosome condensation. Nat Commun 6:7815.
Izumi K, Nakato R, Zhang Z, Edmondson AC, Noon S, Dulik MC, Rajagopalan R, Venditti CP, Gripp K, Samanich J, Zackai EH, Deardorff MA, Clark D, Allen JL, Dorsett D, Misulovin Z, Komata M, Bando M, Kaur M, Katou Y, *Shirahige K, *Krantz ID. (2015) Germline gain-of-function mutations in AFF4 cause a developmental syndrome functionally linking the super elongation complex and cohesin. Nat Genet. 47:338-44. (*shared corresponding authors)
Deardorff MA, Bando M, Nakato R, Watrin E, Itoh T, Minamino M, Saitoh K, Komata M, Katou Y, Clark D, Cole KE, De Baere E, Decroos C, Di Donato N, Ernst S, Francey LJ, Gyftodimou Y, Hirashima K, Hullings M, Ishikawa Y, Jaulin C, Kaur M, Kiyono T, Lombardi PM, Magnaghi-Jaulin L, Mortier GR, Nozaki N, Petersen MB, Seimiya H, Siu VM, Suzuki Y, Takagaki K, Wilde JJ, Willems PJ, Prigent C, Gillessen-Kaesbach G, Christianson DW, Kaiser FJ, Jackson LG, Hirota T, Krantz ID, Shirahige K. (2012) HDAC8 mutations in Cornelia de Lange syndrome affect the cohesin acetylation cycle. Nature. 489:313-7.
Sutani T, Kawaguchi T, Kanno R, Itoh T, Shirahige K. (2009) Budding yeast Wpl1(Rad61)-Pds5 complex counteracts sister chromatid cohesion-establishing reaction. Curr Biol. 19:492-497.
K. S. Wendt*, K. Yoshida*, T. Itoh*, M. Bando, B. Koch, E. Schirghuber, S. Tsutsumi, G. Nagae, K. Ishihara, T. Mishiro, K. Yahata, F. Imamoto, H. Aburatani, M. Nakao, N. Imamoto, K. Maeshima, K. Shirahige#, and J.-M. Peters# (2008) Cohesin mediates transcriptional insulation by CCCTC-binding factor. Nature (article). 451, 796-801 (*equally contributed author) (#shared corresponding authors)
A. Lengronne, Y. Katou, S. Mori, S. Yokobayashi, G. Kelly, T. Itoh, Y. Watanabe, K. Shirahige*, and F. Uhlmann* (2004) Cohesin relocation from sites of chromosomal loading to places of convergent transcriptions. Nature, 430, 573-578 (*equally contributed authors)
Y. Katou, Y. Kanoh, M. Bando, H. Noguchi, H. Tanaka, T. Ashikari, K. Sugimoto, and K. Shirahige (2003) S-phase checkpoint proteins Tof1 and Mrc1 form a stable replication pausing complex. Nature, 424, 1078-1083
K. Shirahige, Y. Hori, K. Shiraishi, M. Yamashita, K. Takahashi, C. Obuse, T. Tsurimoto and H. Yoshikawa (1998) Regulation of DNA-replication origins during cell-cycle progression. Nature, 395, 618-621
K. Shirahige, T. Iwasaki, MB. Rashid, N. Ogasawara and H. Yoshikawa (1993) Location and characterization of autonomously replicating sequences from chromosome VI of Saccharomyces cerevisiae. Mol Cell Biol., 13, 5043-5056