開始のオン・オフにより周期的に複製を行う大腸菌ミニ染色体複製サイクルの再構成

• Project/Area Number: 18048033
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 末次 正幸 Kyushu University, 薬学研究院, 助教 (00363341)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 片山 勉 九州大学, 薬学研究院, 教授 (70264059)
• Project Period (FY): 2006 – 2007
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2007)
• Budget Amount: ¥3,300,000 (Direct Cost: ¥3,300,000); Fiscal Year 2007: ¥1,700,000 (Direct Cost: ¥1,700,000); Fiscal Year 2006: ¥1,600,000 (Direct Cost: ¥1,600,000)
• Keywords: 大腸菌 / DNA 複製 / DNA複製

Research Abstract

染色体複製の開始は細胞周期進行と連動して周期的に制御されている。大腸菌では、染色体複製起点を持つプラスミドDNAを鋳型とし、精製蛋白質を用いて染色体複製を再構成できる(ミニ染色体複製系)。複製開始反応は開始蛋白質DnaAのATP結合型(活性型)とADP結合型(不活性型)の変換によって制御されている。ATP-DnaAはRIDAという複製伸長反応と共役したDnaA結合性ATP加水分解機構によってADP-DnaAに変換される(不活性化システム)。またin vitroにおいては、特異的なDNA配列DARSによって、DnaA結合性ADPが解離し、ATP再結合が促されることが見いだされている(再活性化システム)。本研究では、開始のオン・オフによりコントロールされた複製サイクル系の再構成を目指すべく、不活性化システムの試験管内再構成系を確立した。この再構成系にはクランプと呼ばれるDNAポリメラーゼIII複合体のサブユニットとHdaタンパク質が必要である。不活性化システム再構成系を用いた解析から、ヌクレオチド結合によって促されるHdaの多量体構造の変換が、不活性化システムの発動に必要であることを見いだした。このHdaヌクレオチド結合は細胞内においてもDnaA活性制御に重要であった。さらに我々は、DARSが細胞内において再活性化に重要な機能を果たしていることを示し、DARS活性を調節する新規活性を見いだした。これらの結果は複製開始のオン・オフを制御する分子メカニズムを示唆するものであり、その周期性を再構成する上で重要な知見を提供するものである。

Research Products

• [Journal Article] The interaction of DiaA and DnaA regulates the replication cycle in E. coli by directly promoting ATP-DnaA-specific initiation complexes (2007)
  • Author(s): Keyamura, K.・Fujikawa, N・Ishida, T・Ozaki, S・Suetsugu, M・Fujimitsu, K・Kagawa, W・Yokoyama, S・Kurumizaka, H・Katayama, T.
  • Journal Title: Genes Dev. 21 Pages: 2083-99
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The exceptionally tight affinity of DnaA for ATP/ADP requires a unique aspartic acid residue in the AAA+ sensor 1 motif (2006)
  • Author(s): Kawakami, H., Ozaki, S., Suzuki, S., Nakamura, K., Senriuchi, T., Su'etsugu, M., Fujimitsu, K., Katayama, T.
  • Journal Title: Molecular Microbiology 62 Pages: 1310-1324
• [Journal Article] An isolated Hda-clamp complex is functional in the regulatory inactivation of DnaA and DNA replication (2006)
  • Author(s): Kawakami, H., Su'etsugu, M., Katayama, T.
  • Journal Title: Journal of Structural Biology 156 Pages: 220-229
• [Journal Article] Involvement of the Escherichia coli folate-binding protein YgfZ in RNA modification and regulation of chromosomal replication initiation (2006)
  • Author(s): Ote, T., Hashimoto M., Ikeuchi, Y., Su'etsugu M., Suzuki, T., Katayama, T., Kato, J.
  • Journal Title: Molecular Microbiology 59 Pages: 265-275
• [Journal Article] Reconstitution of in vitro inactivation and reactivation systems of DnaA protein for the control of chromosomal replication initiation in Escherichia coli. (2006)
  • Author(s): Su'etsugu M., Fujimitsu, K., Katayama, T.
  • Journal Title: Proceedings of IEEE 2006 International Symposium on Micro-Nano Mechatronics and Human Science Pages: 361-364
• [Presentation] 大腸菌染色体の複製開始制御機構の発動メカニズム (2008)
  • Author(s): 末次正幸、藤光和之、片山 勉
  • Organizer: 特定領域『バイオ操作』第5回公開シンポジウム・ポスター
  • Place of Presentation: 法政大学
  • Year and Date: 2008-03-07
• [Presentation] A novel initiation-stimulator DiaA directly promotes ATP-specific innitiation complexes in E. coli (2008)
  • Author(s): Keyamura, K.・Fujikawa, N, ・Ishida, T, ・Ozaki, S.・Su'setsugu, M.・Fujimistsu, K.・Kagawa, W.・Yokoyama, S.・Kurumizaka, H.・Katayama, T.
  • Organizer: Keysone Symposia in Molecular and Cellular Biology: DNA Replication and Recombination
  • Place of Presentation: Santa Fe, NM, USA
• [Presentation] 細胞周期進行と共役した大腸菌複製開始蛋白質DnaAの活性制御機構 (2007)
  • Author(s): 末次正幸、藤光和之、片山 勉
  • Organizer: 特定領域『バイオ操作』若手研究者第2回ワークショップ
  • Place of Presentation: 東京都小金井市
  • Year and Date: 2007-07-20