DNA組換えと組換え修復の普遍的機構

• Project/Area Number: 08280102
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 品川 日出夫 大阪大学, 微生物病研究所, 教授 (40029799)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 榎本 武美 東北大学, 薬学部, 教授 (80107383) ; 森田 隆 大阪市立大学, 医学部, 教授 (70150349) ; 堀内 嵩 (堀内 崇) 岡崎国立共同研究機構, 基礎微生物学研究所, 教授 (60108644) ; 小林 一三 東京大学, 医科学研究所, 助教授 (30126057) ; 武田 俊一 京都大学, 医学研究科, 教授 (60188191) ; 大坪 栄一 東京大学, 分子細胞生物学研究所, 教授 (10158800) ; 小川 智子 国立遺伝学研究所, 教授 (80028208) ; 城石 俊彦 国立遺伝学研究所, 遺伝実験生物保存研究センター, 助教授 (90171058) ; 篠原 彰 大阪大学, 大学院・理学研究科, 助手 (00252578) ; 堀田 康雄 奈良先端科学技術大学院大学, バイオサイエンス研究科, 教授 (30190218)
• Project Period (FY): 1996 – 1999
• Project Status: Completed (Fiscal Year 1999)
• Budget Amount: ¥207,000,000 (Direct Cost: ¥207,000,000); Fiscal Year 1999: ¥54,000,000 (Direct Cost: ¥54,000,000); Fiscal Year 1998: ¥54,200,000 (Direct Cost: ¥54,200,000); Fiscal Year 1997: ¥49,400,000 (Direct Cost: ¥49,400,000); Fiscal Year 1996: ¥49,400,000 (Direct Cost: ¥49,400,000)
• Keywords: DNA組換え / 組換え修復 / RuvBタンパク質 / hjc遺伝子 / SOS反応 / RAD51タンパク質 / DMC1タンパク質 / MRC11タンパク質 / 相同的DNA組換え / 減数分裂 / RuvABC / Mre11 / Rad54 / DNA複製フォーク / 接合伝達 / 不稔 / 結晶解析 / ブルーム症候群 / ウエルナ-症候群 / 二重鎖切断 / 組換えホットスポット

Research Abstract

DNA組換えと組換え修復の普遍的機構を解明するために、大腸菌、古細菌、酵母、動物などを研究材料として遺伝学的・細胞学的・生化学的手法を駆使して研究した。
本年度の主要な成果として:
1.品川らは組換え中間体Holliday構造に作用して、交叉点移動を行わせるモータータンパク質RuvBのWalkerモチーフAのミュータントを作成して、このモチーフがATP結合、ATP分解、DNAとの結合、RuvAとの相互作用、6量体形成に重要な役割を果たしていることを明らかにした。古細菌にHolliday構造を特異的に切断して解離する酵素Hjcを同定し、この酵素をコードする遺伝子hjcをクローニングして解析した。この結果古細菌における組換え反応もHolliday構造の形成と解離という機構で起ることを明らかにした。
2.堀内らは大腸菌においてプラスミドDNAの複製が複製の終結因子Tusの発現によって阻害されるとSOS反応が誘導され、SOS誘導はrecAとlexA遺伝子によって支配されていることを証明した。
3.森田らはマウスの減数分裂期組換えに重要なタンパク質RAD51とDMC1が精原細胞の第1減数分裂前期で複合体を形成して染色体に結合していることを、それらに対する特異的抗体を利用して細胞学的方法で明らかにした。これらは染色体のコアタンパク質であるCOR1とも結合していることも明らかにした。
4.武田らは相同的組換えの前期過程と非相同的エンドジョイニングで重要な役割を果たすMRE11タンパク質がニワトリ細胞において生存に必須であり、MRE11の欠損は染色体の切断をもたらすことを明らかにした。
5.小林は相同組換えの頻度は2分子DNA間のホモロジーの長さに依存することを組換え中間対の交叉点移動によるランダムウォーキングのモデルで説明した。今回は実験的に、ミスマッチ修復系が働いている場合は2分子のDNA間のホモロジーが減少すると急激に組換え頻度が低下するが、更にホモロジーが減少すると低下はゆるやかになり、更にDNA配列の差異が大きくなると反比例することを明らかにした。このことは交叉点がミスマッチの領域にかかるとミスマッチ修復系の活性レベルに依存して、組換え中間体が破壊されると仮定すると説明できた。

Research Products

• [Publications] Hishida, T., et al., and Shinagawa, H.: "Role of Walker motif A of RuvB protein in promoting branch migration of Holliday junctions"J. Biol. Chem.. 274・36. 25335-25342 (1999)
• [Publications] Komori, K., Shinagawa, H., et al.: "A Holliday junction resolvase from Pyrococcus furiosus : Functional similarity to Escherichia coli RuvC provides evidence for conserved mechanism of homologous recombination in Bacteria, Eukarya, and Archaea"Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 96. 8873-8878 (1999)
• [Publications] Taki, K., Horiuchi, T.: "The SOS response is induced by replication fork blockage at a Ter site located on a pUC-derived plasmid : dependence on the distance between ori and Ter sites"Mol. Gen. Genet.. 262・2. 302-309 (1999)
• [Publications] Tarsounas M., Morita, T., et al.: "RAD51 and DMC1 form mixed complexes associated with mouse meiotic chromosome cores and synaptonemal complexes"J. Cell Biol.. 147・2. 207-219 (1999)
• [Publications] Yamaguchi-Iwai, et al., and Takeda, S.: "Mre11 is essential for the maintenance of chromosomal DNA in vertebrate cells"EMBO J.. 18・23. 6619-6629 (1999)
• [Publications] Fujitani, Y., Kobayashi, I.: "Effect of DNA sequence divergence on homologous recombination as analyzed by a random-walk model"Genetics. 153・4. 1973-1988 (1999)
• [Publications] Ichiyanagi,K.,et al.and Shinagawa,H.: "Mutational analysis on structure-function relationship of a Holliday junction specific endonuclease RuvC." Genes to Cells. 3(9). 575-586 (1998)
• [Publications] Yoshida,K.,et al.and Morita.T.: "The mouse RecA-like gene Dmcl is required for homologous chromosome synapsis during meiosis." Molecular Cell. 1(5). 707-718 (1998)
• [Publications] Usui,T.,et al.and Ogawa.T.: "Complex formation and functional versatility of Mrell of budding yeast in recombination." Cell. 95(5). 705-716 (1998)
• [Publications] Takata.M.,et al.and Takeda.S.: "Homologous recombination and non-homologous end-joining pathways of DNA double-strand break repair have overlapping roles in the maintenance of chromosomal integrity in vertebrate cells." The EMBO Journal. 17(18). 5497-5508 (1998)
• [Publications] Kobayashi,T.,et al. and Horiuchi,T.: "Expansion and contraction of ribosomal DNA repeats in Saccharomyces cerevisiae: requirement of replication fork blocking(Fob1)protein and the role of RNA polymerase I." Genes and Development. 12(24). 3821-3830 (1998)
• [Publications] Taki,K.,Abo,T.and Ohtsubo.E.: "Regulatory mechanisms in expression of the traY-I operon of sex factor plasmid R100: involment of traJ and traY gene products." Genes to Cells.3(6). 331-345 (1998)
• [Publications] Shinohara,A. and Ogawa,T.: "Stimulation by Rad52 of yeast Rad51-mediated recombination." Nature. 391. 404-407 (1998)
• [Publications] Nishino,T., Ariyoshi.M., Iwasaki,H., Shinagawa,H. and Morikawa,K.: "Functional Analysis of the domain structure in the Holliday junction binding protein RuvA." Structure. 6. 1-12 (1998)
• [Publications] Ishioka,K., Fukuoh,A., Iwasaki,H., Nakata,A. and Shinagawa,H.: "Abortive recombination in Escherichia coli ruv mutants blocks chromosome partitioning." Genes to Cells. (in press). (1998)
• [Publications] Yoshida,K., Kondo,G., Matsuda,Y., Habu,T., Nishimune,Y. and Morita,T.: "The mouse recA-like gene,Dmc1 is regnired for recognition of homologs in meiotic synapsis." Molecular Cell. (in press). (1998)
• [Publications] Seki,T., Tada,S., Katada,T. and Enomoto,T.: "Cloning of a cDNA encoding a novel impotin-α homologue,Qip1 : Discrimination of Qip1 and Rch1 from hSRP1 by their ability to interact with DNA helicase Q1/RecQL." Biochem.Biophys.Res.Commun.234. 48-53 (1997)
• [Publications] Takahashi-Kobayashi,N., Sakagami,K., Kusano,K.et al.: "Genetic recombination through double-strand break repair : shift from two-progeny mode to one-progeny mode by heterogous inserts." Genetics. 146. 9-26 (1997)
• [Publications] 岩崎博史、品川日出夫、森川耿右: "遺伝子の構造生物学" 共立出版, 17 (1998)
• [Publications] Shinagawa,H.,Iwasaki,H.: "Processing the Holliday junction in homologous recombination." Trends Biochem.Sci.21. 107-111 (1996)
• [Publications] Fukuoh,A.,Iwasaki,H.,Ishioka,K.Shinagawa,H.: "ATP-dependent resolution of R-loops at the ColE1 replication origin by Escherichia coli RecG protein a Holliday junction-specific helicase." EMBO J.16. 203-209 (1997)
• [Publications] Kamada,K.Horiuchi,T.,Ohsumi,K.,Shimamoto,N.,Morikawa,K.: "Structure of a replication-terminator protein complexed with DNA." Nature. 383. 598-603 (1996)
• [Publications] Kobayashi,T.,Horiuchi,T.: "A yeast gene product,Fob1 protein,required for both replication fork blocking and recombinational hotspot activities." Genes to Cells. 1. 465-474 (1996)
• [Publications] Mizuno,K.,Koide,T.,Moriwaki,K.,Shiroishi,T.: "Molecular analysis of recombinational hotspot adjacent to Lmp2 gene in the mouse MHC:fine location and chromatin structre." Mammal.Genome. 7. 490-496 (1996)
• [Publications] Yamamoto,K.,Fujitani,Y.,Kobayashi,I.: "Orientation-dependence in Homologous Recombination." Genetics. 143. 27-36 (1996)
• [Publications] Shinagawa,H.: "SOS response as an adaptive response to DNA damage in prokaryotes.In Stress-inducible Cellular Responses," Basel:Birkhddnser Verlag.U.Feige,R.I.Morimoto,I.Yahara and B.Polla,eds., 221-235 (1996)
• [Publications] Kobayashi,I.: "DNA modification and restriction:Selfish behavior of an epigenetic system.In“Epigenetic regulation of gene expression"" Cold Spring Harbor Laboratory Press,New York Russo,V.,Martienssen,R.,Riggs,A eds., 155-172 (1996)