収束した遺伝子が出芽酵母のペリセントロメアを形成している

Convergent genes shape budding yeast pericentromeres.

• Flora Paldi
• Bonnie Alver
• Daniel Robertson
• Stephanie A Schalbetter
• Alastair Kerr
• David A Kelly
• Jonathan Baxter
• Matthew J Neale
• Adele L Marston

抄録

ゲノムの三次元構造は、その維持、発現、伝達を支配している。コヒーシン蛋白質複合体は、遠い遺伝子座をトポロジカルに結びつけることでゲノムを組織化しており、ペリセントロメアと呼ばれる、セントロメアを取り囲む染色体の特殊な領域に高濃度に存在している。本研究では、出芽酵母（Saccharomyces cerevisiae）のペリセントロメアの立体構造を報告し、ゲノム組織と機能の関係を明らかにした。その結果、収束遺伝子がペリセントロメアの境界をマークし、コアセントロメアとともにコヘシンを配置することでペリセントロメアの構造と機能を規定していることを発見した。センターロメアはコヘシンに負荷をかけ、ペリセントロメア境界にある収束遺伝子はコヘシンをトラップする。このようにして、ペリセントロメアの各側はループ状のコンフォメーションに組織化されており、その基部にはボーダーコンバージェント遺伝子が配置されている。また、微小管の付着は、ペリセントロメアのループを拡張し、その境界にある収束遺伝子によって大きさが制限されている。境界の遺伝子をタンデム構造に再配置すると、コヘシンの位置が変わり、ペリセントロメアが拡大し、有糸分裂の際に染色体のバイオオリエンテーションが阻害される。このように、転写ユニットの直線的な配置とコヘシンの負荷が、染色体分離に適した構造に周囲セントロメアを形成していることを明らかにした。この結果から、キネトコアが埋め込まれた染色体領域の構造と、微小管の付着による再構築が明らかになった。さらに、特定の染色体領域のゲノム3次元構造と細胞機能との間に直接的な因果関係があることを明らかにしました。

The three-dimensional architecture of the genome governs its maintenance, expression and transmission. The cohesin protein complex organizes the genome by topologically linking distant loci, and is highly enriched in specialized chromosomal domains surrounding centromeres, called pericentromeres. Here we report the three-dimensional structure of pericentromeres in budding yeast (Saccharomyces cerevisiae) and establish the relationship between genome organization and function. We find that convergent genes mark pericentromere borders and, together with core centromeres, define their structure and function by positioning cohesin. Centromeres load cohesin, and convergent genes at pericentromere borders trap it. Each side of the pericentromere is organized into a looped conformation, with border convergent genes at the base. Microtubule attachment extends a single pericentromere loop, size-limited by convergent genes at its borders. Reorienting genes at borders into a tandem configuration repositions cohesin, enlarges the pericentromere and impairs chromosome biorientation during mitosis. Thus, the linear arrangement of transcriptional units together with targeted cohesin loading shapes pericentromeres into a structure that is competent for chromosome segregation. Our results reveal the architecture of the chromosomal region within which kinetochores are embedded, as well as the restructuring caused by microtubule attachment. Furthermore, we establish a direct, causal relationship between the three-dimensional genome organization of a specific chromosomal domain and cellular function.