人類基因組DNA以染色體形式存在於細胞核中。染色體由基因組DNA纏繞在組蛋白上形成的核小體大量串聯而成的。細胞分裂時，需要將染色體準確分配到新的細胞中。此時發揮重要作用的，是染色體上被稱為「著絲粒」（Centromere）的區域。在著絲粒中，一種名為CENP-A的特殊組蛋白取代通常的組蛋白H3被嵌入到核小體，作為動粒形成時的標記發揮作用。然而，細胞中實際形成的CENP-A核小體具有怎樣的結構，此前一直未被充分闡明。
東京大學定量生命科學研究所的胡桃坂仁志教授、九州大學生體防禦醫學研究所的大川恭行教授等人組成的聯合研究團隊，從過表達CENP-A的人類細胞中純化出CENP-A核小體，並透過冷凍電鏡解析出包含2分子CENP-A的核小體，以及包含1分子CENP-A和1分子通常型組蛋白H3的核小體的立體結構。這一成果為理解細胞內CENP-A核小體的多樣性以及著絲粒的形成機制奠定了全新基礎。相關研究成果已發表於《Communications Biology》。
圖1 解析從人類細胞中純化的CENP-A核小體結構（圖片提供：東京大學）
圖2 染色體上著絲粒區域的結構（左）與染色體分配模式圖（右）（圖片提供：東京大學）
研究人員透過免疫沉澱法從過表達CENP-A的人類細胞中純化出CENP-A核小體，並進行了冷凍電鏡立體結構解析和DNA鹼基序列解析。
透過冷凍電鏡解析，明確了包含2分子CENP-A的CENP-A核小體，以及包含1分子CENP-A和1分子通常型組蛋白H3的CENP-A/H3核小體的立體結構。這種結構表明，細胞內形成的CENP-A核小體中可能存在具備不同組蛋白成分的類型。
此外，從獲得的高解析度結構中證實，相較於普通H3核小體，CENP-A核小體的DNA末端會呈現柔性更強的結構，並且會在核小體表面形成CENP‑A所特有的RG環。這些特徵都是此前在體外重構的CENP‑A核小體中已知的特徵，而此次發現這些特徵同樣也存在於細胞內生成的核小體當中。
另外，透過測序分析發現，源自CENP-A核小體的DNA除著絲粒區域外，還廣泛分布於整個基因組中。這表明，當CENP-A過表達時，會在原本著絲粒以外的區域也形成CENP-A核小體。CENP-A過表達已在多種癌症中被報導，而CENP-A異常嵌入著絲粒以外的染色體區域，已知會導致染色體分配異常和染色體不穩定性。
因此，此次闡明的CENP-A異常嵌入及其核小體結構，也可能成為理解癌細胞中染色體異常機制的重要線索。
今後，透過推進針對內源性CENP-A以及著絲粒特異性結合因子的分析，有望進一步闡明著絲粒定位的CENP-A核小體結構，以及驅動動粒形成的分子機制。
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
期刊：Communications Biology
論文：Cryo-EM structures of CENP-A nucleosomes isolated from human cells
DOI：10.1038/s42003-026-10946-x
