Rhoeoのペリセントロメアクラスタリングは、ATとGCに富んだヘテロクロマチン画分の自己組織化を含み、発生的に制御されており、分化の過程で増加する

Pericentromere clustering in Tradescantia section Rhoeo involves self-associations of AT- and GC-rich heterochromatin fractions, is developmentally regulated, and increases during differentiation.

• Hieronim Golczyk
• Arleta Limanówka
• Anna Uchman-Książek

抄録

核内のリパターニングは、間期のヘテロクロマティックドメインの会合であるが、あまり認識されていなかった。基底特異的蛍光と拡大焦点深度イメージングを用いて、ATとGCに富むクロマチンからなる異色性ペリセントロメアの会合が、周期的に分裂する減数分裂細胞と体細胞において、また、環状および二価形成をするTradescantia spathacea（セクションRhoeo）品種の発生過程において、大規模に発生することを示した。根の分裂体核あたりのATに富むペリセントロメアドメインの平均数は、両品種とも予想される二倍体数の約半分であり、（ペリセントロメア）セントロメア領域を介して染色体が対になっていることが示唆された。実際，ATに富むドメインの規則的なペアリングが観察された。分化された細胞におけるATとGCに富んだ結合は、根の組織に関連して、核あたりの対応する病巣の平均数を有意に減少させることに寄与していた。根の最初の10mm以内では、根周辺部の引き寄せは、まるで活動的なプロセスであるかのように進行しており、ATとGCに富む結合の両方が関与していた。ラブリの配列に従うと，ペリセントロメアは優先的に1つの核極上に位置し，多様な配列にクラスタリングされた。その中で、5-7個の環状に配列したATリッチドメインを持つペリセントロメアは、有糸分裂の際に染色体の位置決めに関与している可能性があると考えられた。また、パキテン型減数分裂細胞や体細胞核の蛍光パターンから、染色体周辺領域がサイドバイサイドに配置されたリング/チェーン型の規則性の高い染色体アーキテクチャが存在することが示唆された。染色体周辺領域が核内でランダムではない位置に配置されていることから、染色体周辺領域のダイナミクスを、シロイヌナズナのモデルを含む他の生物の核構造と比較した。

A spectacular but poorly recognized nuclear repatterning is the association of heterochromatic domains during interphase. Using base-specific fluorescence and extended-depth-of-focus imaging, we show that the association of heterochromatic pericentromeres composed of AT- and GC-rich chromatin occurs on a large scale in cycling meiotic and somatic cells and during development in ring- and bivalent-forming Tradescantia spathacea (section Rhoeo) varieties. The mean number of pericentromere AT-rich domains per root meristem nucleus was ca. half the expected diploid number in both varieties, suggesting chromosome pairing via (peri)centromeric regions. Indeed, regular pairing of AT-rich domains was observed. The AT- and GC-rich associations in differentiated cells contributed to a significant reduction of the mean number of the corresponding foci per nucleus in relation to root meristem. Within the first 10 mm of the root, the pericentromere attraction was in progress, as if it was an active process and involved both AT- and GC-rich associations. Complying with Rabl arrangement, the pericentromeres preferentially located on one nuclear pole, clustered into diverse configurations. Among them, a strikingly regular one with 5-7 ring-arranged pericentromeric AT-rich domains may be potentially engaged in chromosome positioning during mitosis. The fluorescent pattern of pachytene meiocytes and somatic nuclei suggests the existence of a highly prescribed ring/chain type of chromocenter architecture with side-by-side arranged pericentromeric regions. The dynamics of pericentromere associations together with their non-random location within nuclei was compared with nuclear architecture in other organisms, including the widely explored Arabidopsis model.