Smc 複合体によるDNA 高次構造解消反応の制御機構の解明

• Project Area: Chromosome Orchestration System
• Project/Area Number: 16H01404
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: National Institute of Genetics (2017); Tokyo Institute of Technology (2016)
• Principal Investigator: 村山 泰斗 国立遺伝学研究所, 新分野創造センター, 准教授 (60531663)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥8,450,000 (Direct Cost: ¥6,500,000、Indirect Cost: ¥1,950,000); Fiscal Year 2017: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2016: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
• Keywords: 染色体動態 / 染色体分配 / DNA高次構造 / SMC5/6複合体 / コヒーシン / 相同組換え / 試験管内再構成 / ゲノム / 蛋白質 / SMC 複合体 / SMC複合体

Outline of Annual Research Achievements

SMC複合体は、巨大なリング状構造のATPase複合体で、染色体凝集、姉妹染色体接着など、正確な分配に必須な染色体構造の形成に中心的な役割を果たす。一方で、SMC複合体はDNA高次構造の解消とも密接に関連している。SMC5/6複合体は、このようなDNA高次構造の解消に不可欠であるが、その分子機構の詳細は不明である。本研究は、試験管内でSMC5/6複合体・コヒーシン依存的なDNA高次構造解消反応を再構成し、その分子機構の解明を目指した。
分裂酵母のSMC5/6複合体について、コア複合体 (SMC5、SMC6、NSE1、NSE2、NSE3、NSE4) と NSE5-NSE6 ヘテロ複合体に分け、それぞれ精製する系を構築した。精製したタンパク質を用いて、SMC5/6複合体のDNA結合反応を試験管内で再構成することができた。SMC5/6複合体は2重鎖 DNA とトポロジカルに結合したが、単鎖DNAに対してより高い親和性を示した。また、コヒーシンも単鎖DNA結合能を有し、単鎖 - 2重鎖間でDNAの接着を形成することを見出した。これらはまだ断片的な結果であるが、DNA高次構造解消に必要とされる活性が検出されつつある。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] フランシスクリック研究所(英国)
• [Int'l Joint Research] フランシスクリック研究所(英国)
• [Journal Article] Establishment of DNA-DNA Interactions by the Cohesin Ring (2018)
  • Author(s): Murayama Yasuto、Samora Catarina P.、Kurokawa Yumiko、Iwasaki Hiroshi、Uhlmann Frank
  • Journal Title: Cell Volume: 172 Issue: 3 Pages: 465-477
  • DOI: 10.1016/j.cell.2017.12.021
  • NAID: 120007117667
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Two three-strand intermediates are processed during Rad51-driven DNA strand exchange. (2018)
  • Author(s): Ito K, Murayama Y, Takahashi M, Iwasaki H.
  • Journal Title: Nat Struct Mol Biol Volume: 25 Issue: 1 Pages: 29-36
  • DOI: 10.1038/s41594-017-0002-8
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Fundamental cell cycle kinases collaborate to ensure timely destruction of the synaptonemal complex during meiosis. (2017)
  • Author(s): Argunhan B, Leung WK, Afshar N, Terentyev Y, Subramanian VV, Murayama Y, Hochwagen A, Iwasaki H, Tsubouchi T, Tsubouchi H.
  • Journal Title: EMBO J Volume: 36 Issue: 17 Pages: 2488-2509
  • DOI: 10.15252/embj.201695895
  • NAID: 120007117670
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] In vitro site-specific recombination mediated by the tyrosine recombinase XerA of Thermoplasma acidophilum. (2017)
  • Author(s): Jo M, Murayama Y, Tsutsui Y and Iwasaki H.
  • Journal Title: Genes to Cells Volume: 印刷中 Issue: 7 Pages: 646-661
  • DOI: 10.1111/gtc.12503
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] 1.The Differentiated and Conserved Roles of Swi5-Sfr1 in Homologous Recombination. (2017)
  • Author(s): Argunhan B, Murayama Y and Iwasaki H.
  • Journal Title: FEBS letter Volume: － Issue: 14 Pages: 2035-2047
  • DOI: 10.1002/1873-3468.12656
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Structure of the cohesin loader Scc2 (2017)
  • Author(s): William C. H. Chao, Yasuto Murayama, Sofia Munoz, Andrew W. Jones, Benjamin O. Wade, Andrew G. Purkiss, Xiao-Wen Hu, Aaron Borg, Ambrosius P. Snijders, Frank Uhlmann, Martin R. Singleton
  • Journal Title: nature COMMUNICATIONS Volume: - Issue: 1
  • DOI: 10.1038/ncomms13952
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Cohesin mediates DNA-DNA tethering in vitro (2017)
  • Author(s): Yasuto Murayama, Catarina P. Samara, Frank Uhlmann.
  • Organizer: The 2nd meeting on SMC proteins. Chromosome organizers from bacteria to human
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 試験管内再構成から予想される姉妹染色体接着の形成メカニズム (2017)
  • Author(s): 村山泰斗
  • Organizer: 平成29年度 若手放射線生物学研究会
  • Invited
• [Presentation] コヒーシンリングによる姉妹染色体接着形成メカニズムの解明 (2017)
  • Author(s): 村山泰斗
  • Organizer: 日本遺伝学会 第89回大会
• [Presentation] コヒーシン複合体は2本のDNAと同時に結合する (2017)
  • Author(s): 村山泰斗
  • Organizer: 第24回 DNA複製・組換え・修復ワークショップ
• [Presentation] 姉妹染色体接着はどのように形成されるか？ (2017)
  • Author(s): 村山泰斗
  • Organizer: 2017年度 生命科学系学会合同年次大会
  • Invited
• [Presentation] 精製したコヒーシンはATP依存的に2本のDNAと結合する (2017)
  • Author(s): 村山泰斗
  • Organizer: 第35回 染色体ワークショップ・第16回 核ダイナミクス研究会 合同開催
• [Remarks] 研究室紹介
  • URL: https://www.nig.ac.jp/nig/ja/research/organization-top/laboratories/murayama
• [Remarks] IWASAKA Laboratory
  • URL: http://www.iwasakilab.bio.titech.ac.jp