MRNによる相同組換え開始機構の生化学的解析

• Project/Area Number: 23K20059
• Project/Area Number (Other): 19H03157 (2019-2023)
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund (2024); Single-year Grants (2019-2023)
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 43010:Molecular biology-related
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 古郡 麻子 大阪大学, 蛋白質研究所, 准教授 (90546293)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 篠原 彰 大阪大学, 蛋白質研究所, 教授 (00252578)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥17,290,000 (Direct Cost: ¥13,300,000、Indirect Cost: ¥3,990,000); Fiscal Year 2024: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2022: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2021: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2020: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2019: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
• Keywords: DNA修復 / 相同組換え / DNA二本鎖切断

Outline of Research at the Start

放射線や抗がん剤によって細胞内のDNA二本鎖が切断されると、切断されたDNA上の遺伝情報が失われ生命にとって危機的な状況が生じる。この切断されたDNAの修復には、相同組換えとよばれる細胞内現象が必須の役割を担っている。この相同組換えを開始する機構において中心的な役割を担っている酵素複合体がヒトMre11-Rad50-Nbs1(MRN)である。この酵素複合体は発がん機構の解明やがん研究の観点からも注目を集めているが、細胞内での働きについては未だ多くの謎が残されている。本研究ではこのヒトMRNのDNA二本鎖切断修復における役割について、蛋白質の働きや形状、動きなどを調べることによって明らかにすることを目的とする。

Outline of Annual Research Achievements

ヒトMRE11-RAD50-NBS1(MRN)は放射線や抗がん剤により引き起こされるDNA二本鎖切断の修復に必須の役割を担うヌクレアーゼ複合体であり、発がん機構の解明やがん研究の観点からも注目を集めている分子である。DNA二本鎖切断が相同組み換えにより修復される際、DNA断端では相同鎖検索のための一本鎖DNA領域の形成が起こる。その際、MRNの働きが起点となりDNA鎖の削り込みやそれに引き続く相同鎖検索反応が開始されるが、これらの反応に関わる複数の蛋白質がどのように協調的に働くか、その分子メカニズムは未だ不明な点が多い 。本研究では、生化学的・構造生物学的・生物物理学的手法を用い、蛋白質の機能の観点からこれらの分子機構を明らかにする ことを目的とする。
MRNによる削り込みに引き続いてRAD51ヌクレオプロテインフィラメントが形成される。本年度は特にRAD51とMRNの関係について調べ、RAD51がMRNのヌクレアーゼ活性を抑制する機能について調べた。その結果、RAD51の変異体を用いた解析からMRNのヌクレアーゼ活性抑制にはATP依存的なRAD51蛋白質構造変化は不要であることを見出した。またRAD51-MRN-DNA複合体をAFM観察するための条件検討を行い予備的結果を得た。更にRAD51による相同鎖検索交換反応に関わる蛋白質群の働きについて詳細な分子メカニズムを明らかにするため、RAD51-DNA鎖形成反応を制御するメディエーター蛋白質の活性および構造についての予備的解析を進め、これらが高次複合体を形成することを示唆する結果を得た。

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

育児休業により実験が中断したこと、および子の疾病看護のため介護休暇等を取得し在宅勤務が増加したため、予定していた実験のうち実施できないものがあった。

Strategy for Future Research Activity

在宅勤務の増加により減少した実験時間を補うため、研究補助員および修士課程学生の研究参加を予定する。また引き続き相同組換え研究分野で実績のある篠原彰教授を研究分担者に加えることで、より効率的に研究計画を推進する。

Research Products

• [Journal Article] The role of conserved amino acid residues of Sae3 in Mei5–Sae3 complex for Dmc1 assembly in meiotic recombination (2023)
  • Author(s): Sawant P, Mwaniki S, Fujita Y, Ito M, Furukohri A, Shinohara A.
  • Journal Title: Genes & Genetic Systems Volume: 98 Issue: 1 Pages: 45-52
  • DOI: 10.1266/ggs.23-00015
  • ISSN: 1341-7568, 1880-5779
  • Year and Date: 2023-02-01
• [Journal Article] Fanconi anemia-associated mutation in RAD51 compromises the coordinated action of DNA-binding and ATPase activities. (2023)
  • Author(s): Liu S, Shinohara A, Furukohri A.
  • Journal Title: J Biol Chem. Volume: 299(12) Issue: 12 Pages: 105424-105424
  • DOI: 10.1016/j.jbc.2023.105424
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] FIGNL1 AAA+ ATPase remodels RAD51 and DMC1 filaments in pre-meiotic DNA replication and meiotic recombination (2023)
  • Author(s): Ito Masaru、Furukohri Asako、Matsuzaki Kenichiro、Fujita Yurika、Toyoda Atsushi、Shinohara Akira
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 14 Issue: 1 Pages: 6857-6857
  • DOI: 10.1038/s41467-023-42576-w
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Nutritional conditions and oxygen concentration affect spontaneous occurrence of homologous recombination events but not spontaneous mutagenesis in <i>Escherichia coli</i> (2020)
  • Author(s): Le Lan Anh Thi、Chang Phooi Yee、Ando Sayaka、Conrad Thomas M.、Nunose Shohei、Sakai Akiko、Uefune Haruka、Furukohri Asako、Akiyama Masahiro Tatsumi、Maki Hisaji
  • Journal Title: Genes & Genetic Systems Volume: 95 Issue: 2 Pages: 85-93
  • DOI: 10.1266/ggs.19-00008
  • NAID: 130007871342
  • ISSN: 1341-7568, 1880-5779
  • Year and Date: 2020-04-01
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Rad50 zinc hook functions as a constitutive dimerization module interchangeable with SMC hinge (2020)
  • Author(s): Tatebe Hisashi、Lim Chew Theng、Konno Hiroki、Shiozaki Kazuhiro、Shinohara Akira、Uchihashi Takayuki、Furukohri Asako
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 11 Issue: 1 Pages: 370-370
  • DOI: 10.1038/s41467-019-14025-0
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] The analysis of the dynamic structures and functions of enzymes working in DNA double-strand break repair (2023)
  • Author(s): Asako Furukohri
  • Organizer: 日本生化学会第96回大会
• [Presentation] DNA二本鎖切断修復で働くMRE11-RAD50-NBS1複合体の動的構造解析 (2021)
  • Author(s): 古郡麻子
  • Organizer: 染色体ワークショップ
  • Invited
• [Presentation] ヒトMRN複合体の構造と非B型DNAに対するヌクレアーゼ活性の解析 (2020)
  • Author(s): 古郡麻子
  • Organizer: 第93回日本生化学会大会
  • Invited
• [Presentation] 蛋白質複合体の動的構造解析によるDNA二本鎖切断修復機構の解明 (2020)
  • Author(s): 古郡麻子
  • Organizer: 第92回日本遺伝学会
  • Invited
• [Presentation] DNA二本鎖切断修復で働くMRE11-RAD50-NBS1複合体の動的構造解析 (2020)
  • Author(s): 古郡麻子
  • Organizer: 第63回日本放射線影響学会
  • Invited
• [Presentation] Revealing the dynamic structures and functions of human MRE11/RAD50/NBS1 complex working in DNA damage response (2020)
  • Author(s): 古郡麻子
  • Organizer: 第43回日本分子生物学会年会
  • Invited
• [Presentation] Biochemical analysis of DNA polymerase actions across the trinucleotide repeats (2019)
  • Author(s): 古郡 麻子
  • Organizer: 第92回日本生化学会大会
  • Invited
• [Presentation] DNA二本鎖切断修復機構で働くヒトMRN複合体の動的構造解析 (2019)
  • Author(s): 古郡 麻子
  • Organizer: 第25回DNA複製・修復・組換えワークショップ
• [Presentation] Biochemical analysis of human RAD51-mediated recombination during meiosis (2019)
  • Author(s): Liu SIJIA, Akira Shinohara, Asako Furukohri
  • Organizer: 第25回DNA複製・修復・組換えワークショップ
• [Presentation] ヒトDMC1による減数分裂期組換え機構の生化学的解析 (2019)
  • Author(s): 荒井麻里、篠原彰、古郡麻子
  • Organizer: 第25回DNA複製・修復・組換えワークショップ
• [Presentation] DNA二本鎖切断修復機構で働くヒトMre11/Ra50/Nbs1複合体の動的構造解析 (2019)
  • Author(s): 古郡 麻子
  • Organizer: 第42回 日本分子生物学会大会
• [Presentation] ヒトDMC1による減数分裂期組換え機構の生化学的解析 (2019)
  • Author(s): 荒井麻里、篠原彰、古郡麻子
  • Organizer: 第42回 日本分子生物学会大会