天然変性部位がDNAの分解と組換えの切り替えを行う酵素の反応機構

• Project Area: Target recognition and expression mechanism of intrinsically disordered protein
• Project/Area Number: 22113503
• 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: 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: ¥11,700,000 (Direct Cost: ¥9,000,000、Indirect Cost: ¥2,700,000); Fiscal Year 2011: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000); Fiscal Year 2010: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000)
• Keywords: 天然変性タンパク質 / 相同組換え / タンパク質相互作用 / タンパク質結晶構造

Research Abstract

天然変性タンパク質とは、決まった構造をとらない「フラフラした」領域をもつタンパク質の事である。これらの部位の結晶構造を決めることは困難であり、またそのような領域は結晶化を妨げるため、結晶化の際にあらかじめ除かれている場合が多い。これまで、そのような領域は構造を持たないので重要な機能はないだろうと無視されてきた。
しかし、近年複数のタンパク質と相互作用するタンパク質が、この「天然変性領域」で他のタンパク質と結合していたり、また結合する相手に応じて構造を変化させて相手がいるときには決まった構造をとることが示されたことから天然変性領域への関心が高まっている。天然変性タンパク質は高等生物のタンパク質には多く見られるが、細菌などの原核生物のタンパク質にはほとんどないことがコンピューターを用いた解析から明らかにされている。私は、細菌である大腸菌のタンパク質の中に天然変性領域と判断される部位をもつ酵素の研究をしている。遺伝子の組換えを開始するその酵素は、DNAの分解酵素であるが、DNA上に自己ゲノムの目印である特定の塩基配列を見つけると、組換え酵素へとその機能を変える。私は、この酵素活性の変化に「天然変性部位」が重要であるという仮説を立て、それを証明する実験を行った。その結果、この領域に対するアミノ酸置換は活性の変化をもたらさないが、アミノ酸長の変化は活性の変化に影響することを明らかにした。さらに今年は、超高速原子間力顕微鏡を開発した金沢大学の安藤敏夫先生の研究グループを開始し、超高速原子間力顕微鏡を用いて、1分子のこの酵素がDNAを分解してゲノム自己標識配列を認識する様子を観察する実験のセットアップを行ってきた。これまでの成果を活かして、DNA上のその配列認識前後での酵素分子の形態変化を、野生型及び、先述の天然変性領域突然変異酵素を用いて今後解析していく予定である。

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
  • 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: 北海道大学
  • 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: 東京工業大学
  • Year and Date: 2010-08-04