自己DNA識別修復酵素の自己DNAシグナル配列認識の分子機構

• Project/Area Number: 22770167
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Molecular biology
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 半田 直史 The University of Tokyo, 新領域創成科学研究科, その他 (00396855)
• Project Period (FY): 2010 – 2011
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2011)
• Budget Amount: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2011: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000); Fiscal Year 2010: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
• Keywords: ナノバイオ / 分子モーター / ゲノム / 相同組換え / タンパク-DNA相互作用

Research Abstract

微生物(細菌)は、その種ごとに自己のゲノムを規定する短いDNA配列を持っている。大腸菌の場合には、5'-GCTGGTGG-3'の配列がそれにあたり、ゲノム上に高頻度に存在している。この配列は、RecBCD酵素と呼ばれるDNA分解酵素によって認識され、この配列のあるDNAに傷がある時は「自己ゲノム」して修復される。RecBCD酵素が、この配列を認識してその機能を「DNAの分解」から「DNAの修復」にスイッチすることは知られていたが、どのようにしてこの切り替えが起こるのかは不明であった。そこで私は、このRecBCD酵素の結晶構造からDNAと相互作用しそうなアミノ酸を予測し、40余りのアミノ酸を一つずつ置換した突然変異酵素遺伝子を作成して遺伝学的な解析からそのメカニズムに迫った(論文準備中)。表現型の現れたすべての変異酵素を精製して、生化学的な特徴を解析した(論文準備中)。
大腸菌がゲノムにコードするDNA切断酵素の一つにIV型の制限酵素がある。この酵素はメチル化された特定のDNA塩基配列を認識してDNAを切断するとされる。私たちは以前、I型制限酵素が認識配列と相互作用した後で、DNAをたぐり、複製フォークで切断することを報告したが、このIV型制限酵素にも同様の活性があることを、in vivo、in vitroの両アッセイ系で実験的に証明した(Nucleic Acids Res印刷中)。このことは、これらの酵素が正常なDNA複製をモニターし、異常があれば複製フォークを切断して、ゲノムあるいは細胞の生死をコントロールする事を示唆する。
また、大量のシークエンスデータが蓄積している中で、ピロリ菌アジア株(4株)のゲノム比較解析から、「遺伝子一重複を伴う遺伝子の新生と喪失」の例を複数見つけて報告した(Proc Natl Acad Sci USA 2011)。

Research Products

• [Journal Article] Birth and death of genes linked to chromosomal inversion (2011)
  • Author(s): Furuta Y, Kawai M, Yahara K, Takahashi N, Handa N, Tsuru T, Oshima K, Yoshida M, Azuma T, Hattori M, Uchiyama I, Kobayashi I
  • Journal Title: Proc Natl Acad Sci USA Volume: 108 Pages: 1501-1506
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Cleavage of a model DNA replication fork by a methyl-specific endonuclease (2011)
  • Author(s): Ishikawa K, Handa N, Sears L, Raleigh E, Kobayashi I
  • Journal Title: Nucleic Acids Res Volume: (印刷中)(掲載確定)
  • Peer Reviewed
• [Presentation] ゲノムDNAの逆位に伴った遺伝子の重複と崩壊 (2011)
  • Author(s): 古田芳一、河合幹彦、矢原耕史、高橋規子、半田直史、鶴剛史、大島健志朗、吉田優、東健、服部正平、内山郁夫、小林一三
  • Organizer: 日本農芸化学会2011年度大会
  • Place of Presentation: 京都 京都女子大学
  • Year and Date: 2011-03-26
• [Presentation] ゲノムDNAの逆位に伴った遺伝子の重複と崩壊 (2011)
  • Author(s): 古田芳一、河合幹彦、矢原耕史、高橋規子、半田直史、鶴剛史、大島健志朗、吉田優、東健、服部正平、内山郁夫、小林一三
  • Organizer: 第5回日本ゲノム微生物学会年会
  • Place of Presentation: 宮城 東北学院大学 土樋キャンパス
  • Year and Date: 2011-03-16
• [Presentation] クオラムセンシング遺伝子による、制限修飾系遺伝子EcoRIの発現調節とその生物学的意義 (2010)
  • Author(s): 半田直史、坂井亜紀子、橋口令、市毛朝雄、小林一三
  • Organizer: 第33回日本分子生物学会年会・第83回日本生化学会大会合同大会
  • Place of Presentation: 兵庫 神戸ポートアイランド
  • Year and Date: 2010-12-09
• [Presentation] ゲノムDNAの逆位に伴った遺伝子の重複と崩壊 (2010)
  • Author(s): 小林一三、古田芳一、河合幹彦、矢原耕史、高橋規子、半田直史、鶴剛史、大島健志朗、吉田優、東健、服部正平、内山郁夫
  • Organizer: 第33回日本分子生物学会年会・第83回日本生化学会大会合同大会
  • Place of Presentation: 兵庫 神戸ポートアイランド
  • Year and Date: 2010-12-07
• [Presentation] ゲノムDNAの逆位に伴った遺伝子の重複と崩壊 (2010)
  • Author(s): 小林一三、古田芳一、河合幹彦、矢原耕史、高橋規子、半田直史、鶴剛史、大島健志朗、吉田優、東健、服部正平、内山郁夫
  • Organizer: 日本遺伝学会第82回大会
  • Place of Presentation: 北海道 北海道大学 高等教育機能開発総合センター
  • Year and Date: 2010-09-20
• [Presentation] Genome rearrangements revealed through comparison of four complete genomes of Japanese Helicobacter pylori (2010)
  • Author(s): Yoshikazu Furuta, Mikihiko Kawai, Koji Yahara, Takeshi Tsuru, Noriko Takahashi, Naofumi Handa, Kenshiro Oshima, Masahira Hattori, Masaru Yoshida, Takeshi Azuma, Ikuo Uchiyama, Ichizo Kobayashi
  • Organizer: XXIIIrd International Workshop on Helicobacter and related bacteria in chronic digestive inflammation and gastric cancer
  • Place of Presentation: Rotterdam, The Netherlands
  • Year and Date: 2010-09-18
• [Presentation] Comparison of four complete genomes of Japanese Helicobacter pylori Genome rearrangements and genomic islands (2010)
  • Author(s): Yoshikazu Furuta, Mikihiko Kawai, Koji Yahara, Takeshi Tsuru, Noriko Takahashi, Naofumi Handa, Kenshiro Oshima, Masahira Hattori, Masaru Yoshida, Takeshi Azuma, Ikuo Uchiyama, Ichizo Kobayashi
  • Organizer: Infectious Disease Genomics & Global Health 2010
  • Place of Presentation: Hinxton, UK
  • Year and Date: 2010-09-13
• [Presentation] ピロリ菌10株のゲノム比較によるゲノム再編の検出 (2010)
  • Author(s): 河合幹彦、古田芳一、矢原耕史、鶴剛史、高橋規子、半田直史、大島健志朗、服部正平、吉田優、東健、内山郁夫、小林一三
  • Organizer: 第12回日本進化学会大会
  • Place of Presentation: 東京 東京工業大学 大岡山キャンパス
  • Year and Date: 2010-08-04