細胞分裂後の染色体の形がDNA複製を左右する

～秩序だったゲノム3次元構造の再構築がカギ～

2026（令和8）年8月10日
理化学研究所
京都大学
科学技術振興機構（JST）

概要

理化学研究所（理研） 生命機能科学研究センター 発生エピジェネティクス研究チームの大字 亜沙美 研究員（研究当時、現 客員研究員）、平谷 伊智朗 チームディレクター、京都大学 医生物学研究所 幹細胞遺伝学分野の遊佐 宏介 教授らの共同研究チームは、細胞分裂後に染色体の秩序立った3次元構造が再構築されることが、その後のDNA複製の開始に重要な役割を果たすことを明らかにしました。
本研究は、DNA複製の適切な制御には、DNA配列上の情報だけでなく、核内における染色体の3次元構造も重要であることを初めて実験的に示し、DNA複製制御の基本原理に新たな概念を提示するものです。
哺乳類のゲノムは、遺伝子の働きが活発な（転写が活性化している）Aコンパートメントと、不活発でより凝縮したBコンパートメントに区画化されており、これらは核内で空間的に分かれて存在しています。ゲノム上のAコンパートメントおよびBコンパートメント（A・Bコンパートメント）領域は、ゲノム上の各領域がいつ複製されるかを示す「複製タイミング」の早い・遅い領域とよく対応しており、DNA複製はAコンパートメント領域から始まり、その後Bコンパートメント領域へと進みます。しかし、この対応関係がDNA複製制御にどのような役割を果たしているのかはよく分かっていませんでした。
今回、共同研究チームは、マウスES細胞を用いて、複製タイミング異常を示す変異体を効率的かつ網羅的に選別できる独自の実験系を構築し、新たなDNA複製タイミング制御因子としてGINS4たんぱく質を同定しました。さらに、GINS4を特異的に枯渇させた細胞を解析したところ、GINS4が複製タイミングだけでなく、Bコンパートメント構造の形成にも関わることを見いだしました。また、核内コンパートメント構造が正しく形成されない細胞はDNA複製を開始できないことが分かり、核内コンパートメント構造の構築がDNA複製の制御を支える重要なプロセスであることを実験的に明らかにしました。
本研究成果は、科学雑誌「Nature Communications」オンライン版に2026年8月10日（現地時間）付で掲載されました。
本研究は、理化学研究所 運営費交付金、理研 新領域開拓課題「TADからゲノム構築原理を読み解く」、科学技術振興機構（JST） 戦略的創造研究推進事業 CREST「潜在的不安定性から読み解くゲノム設計原理（研究代表者：平谷 伊智朗、JPMJCR20S5）」、文部科学省 科学研究費助成事業 新学術領域研究（研究領域提案型）「細胞分化にともなうクロマチンポテンシャルの変化とその分子基盤（研究分担者：平谷 伊智朗、JP18H05530）」、日本学術振興会（JSPS） 科学研究費助成事業 挑戦的研究（開拓）「1細胞全ゲノム解析の第二世代化と多次元化への挑戦（研究代表者：平谷 伊智朗、JP20K20582）」、同 基盤研究（A）「マウス初期胚発生における体細胞型複製タイミング制御確立過程の解析（研究代表者：平谷 伊智朗、JP25H00982）」、同 若手研究「DNA複製可視化システムを利用した3Dゲノム制御因子の網羅的探索とその機能解析（研究代表者：大字 亜沙美、JP18K14680）」、同 基盤研究（C）「核内コンパートメントの構築原理と、ゲノム機能における役割の解明（研究代表者：大字 亜沙美、JP25K09599）」、理研 基礎科学特別研究員制度、理研CDB/BDR-大塚製薬連携センター 研究助成、武田科学振興財団、京都大学 医生物学研究所 共同利用・共同研究拠点事業の支援を受けて行われました。

＜プレスリリース資料＞

本文　PDF（854KB）

＜論文タイトル＞

“Nuclear compartmentalization at the G1/S transition plays a key role in DNA replication control”

DOI：10.1038/s41467-026-75264-6

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