大阪大学大学院理学研究科の中川拓郎准教授、Faria Zafar（ファリア・ザファー）大学院生、沖田暁子大学院生ら、及び自然科学研究機構基礎生物学研究所の中山潤一教授の研究グループは、染色体のセントロメア領域のDNA組換えが厳密に制御されていることを世界で初めて明らかにしました （図1） 。

セントロメアは動原体 の足場となる染色体領域であり、染色体分配が正確に起きるために重要です （図2） 。ところが、リピート配列によって構成されているため、転座などの染色体異常 が生じる脆弱領域でもあります。減数分裂期 では、セントロメア領域でのDNA組換えが起きないよう制御されています。一方、体細胞（有糸）分裂期 では、そのような組換え制御はないと考えられていました。

本研究成果では、第1に、染色体腕 ではRad51依存的組換え とRad51非依存的組換え の両方が起きるのに対して、セントロメアではRad51依存的組換えしか起きないことが明らかになりました。第2に、染色体腕に比べて、セントロメアでは交叉型組換え が少なく主に非交叉型組換え が起きることが分かりました。更に、こうしたセントロメア特異的な組換え制御が破綻するとセントロメア・リピートを介した染色体異常が高頻度で起こることが分かりました （図3） 。

本研究は、生物が染色体領域に応じてDNA組換えの様式を使い分けることを初めて明らかにしました。こうした組換え制御は、ゲノムの約50％をリピート配列が占めるヒトでは、より重要であると考えられます。

本研究成果により、リピート配列を介して起きる染色体異常を抑制するメカニズムの解明、また、ゲノム編集技術や遺伝子治療への応用が期待されます。

本研究成果は、英国科学誌「Nucleic Acids Research」（オンライン）に、8月30日（水）午前2時（日本時間）に公開されました。

図1　分裂酵母の染色体のセントロメア領域のリピート配列とセントロメア特異的な組換え制御

図2　セントロメア領域には染色体分配に必要な微小管と結合するための動原体が形成される。

図3　セントロメアのリピート配列を介して起きる染色体異常（同腕染色体の形成）

これまで、セントロメアでは減数分裂期組換えが抑制されることが知られていました。一方、体細胞（有糸）分裂期ではそうした組換え抑制は起きないことが報告されていました。しかし、セントロメアでも染色体腕と全く同じように組換えが起きるのか、組換え様式の点において課題がありました。

今回、本研究グループは、セントロメアのリピート配列が比較的シンプルな分裂酵母 を用いてセントロメアで起きる組換えと染色体腕で起きる組換えを詳細に比較しました。その結果、確かに、体細胞分裂期ではセントロメアと染色体腕は同様の頻度で組換えが起きるが、セントロメアでは染色体腕とは異なる様式の組換えが起きることを発見しました。

これは、DNA 組換えがいつも同じではなく、染色体領域に応じて厳密に制御されていることで染色体が安定維持されていることを示しています。

本研究成果により、今後、リピート配列を介して起きる染体異常を抑制するメカニズムの解明が進むと予想されます。また、ゲノム編集技術や遺伝子治療への応用も期待されます。

本研究成果は、2017年8月30日（水）午前2時（日本時間）に英国科学誌「Nucleic Acids Research」（オンライン）に掲載されました。

タイトル：“Regulation of mitotic recombination between DNA repeats in centromeres”
著者名： Faria Zafar ¹ , Akiko K. Okita ¹ , Atsushi T. Onaka, Jie Su, Yasuhiro Katahira, Jun-ichi Nakayama, Tatsuro S. Takahashi, Hisao Masukata and Takuro Nakagawa ²
（1 共筆頭著者、2 責任著者）

なお、本研究は、文部科学省科学研究費補助金 新学術領域研究「非コードDNA」、「遺伝情報場」及び日本学術振興会科学研究費補助金 基盤研究（C）の一環として行われました。