真核生物の遺伝子組換えシステムの研究

1995 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 06101003
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 小川 英行 大阪大学, 理学部, 教授 (70028207)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 柴田 武彦 理化学研究所, バイオデザイン研究グループ, 研究者 (70087550) ; 小川 智子 国立遺伝学研究所, 細胞遺伝研究係, 教授 (80028208) ; 篠原 彰 大阪大学, 理学部, 助手 (00252578)
• Keywords: 遺伝的相同組喚え / 組喚えの開始機構 / クロマチン構造変化 / Rad50-Mre11-Xrs2複合体 / 減数分裂期二重鎖切断 / Rad52-RPA複合体 / DNA鎖移行反応 / Rad51,Lim15の染色体上の局在

Research Abstract

遺伝的組換えは生物が持つ基本的な機構である。生物の多様性を促進するのみならず、減数分裂期の遂行、後退産生、遺伝子発現などに必須な機能であり、DNA障害の修復、DNA代謝にも重要な役割を担っている。我々は真核生物の遺伝的組換えがどのような制御のもとで、どのような生物的装置を使って、どのように行われているかを明らかにするために、1.組換え開始、相同性検索と対合、DNA鎖移行反応を行う装置を構築している蛋白質の同定。2.組換えを行う染色体構造の解析。3.組換えに関与する遺伝子の機能欠損が固体に与える影響の解析等を行うことを目的とした。そして特筆すべき次の成果をえた。
1.酵母の減数分裂期組喚えの開始は、組喚えのホットスポット領域に二重鎖の切断が入り開始されるが、(1)それに先立ち、その領域にクロマチン構造変化が起こり、その変化にはMRE2,MRE11が関与しRAD50は関与しない。(2)Mre11とRad50,Xrs2,Mer2が相互作用する。実際にRad50およびXrs2がMre11と複合体を形成する。二重鎖切断が修復されないrad50Sでは、Mre11とRad50がfociとして核の同じ場所に存在した。2.一本鎖DNA・RecA蛋白複合体への二本鎖DNA結合を、RecAのC末端ドメイン断念が阻害した。このドメインは二本鎖DNA結合活性を持ち立体構造も保持していた。3.酵母のRad52は、DNA鎖移行活性を持つが、RPAの添加がその活性を大幅に促進した。4.ユリのRad52とLim15(Dmc1)蛋白質はレプトテン、ザイゴテン期の染色体上の同じ位置に存在し、パキテン期ではRad51蛋白質のみが染色体上に検出できた。4.マウスではRad51蛋白質はシナプトネマ複合体のコアに線状に存在した。また、娘染色体へ分離した部分では消失した。RAD51のノックアウトマウス作成は進行中である。

Research Products

• [Publications] M.Terasawa,A.Shinohara,Y.Hotta,H.Ogawa,and T.Ogawa: "Localization of RecA-like recombination proteins on chromosomes of the lily at various meiotic stages" Genes & Dev.9. 925-934 (1995)
• [Publications] K.Johzuka,and H.Ogawa.: "Interaction of Mre11 and Rad50:Two proteins required for DNA repair and meiosis-specific double-strand break formation in Saccharomyces cerevisiae." Genetics. 139. 1521-1532 (1995)
• [Publications] H.Ogawa,K.Johzuka,T.Nakagawa,Sun-Hee Leem,and A,Hagihara.: "Functions of the yeast meioticrecombination genes,Mre11 and Mre2" Adv.Biophys. 31. 67-76 (1995)
• [Publications] T.Shibata,K.Nakagawa,and N.Morishima.: "Multi-site-specific endonucleases and the initiation of homologous genetic recombination in yeast." Adv.Biophys. 31. 77-91 (1995)
• [Publications] F.Ling,F.Makishima,N.Morishima,and T.Shibata: "A nuclear mutation defective in mitochondrial recombination in yeast." EMBO J.14. 4090-4101 (1995)
• [Publications] Y.Murakami,M.Naitou,H.Hagiwara,T.Shibata,: "Analysis of the nucleotide sequence ofchromosome Vl from Saccharomyces cerevisiae." Nat.Genet. 10. 261-268 (1995)
• [Publications] H.Kurumizaka and T.Shibata: "Homologous recognition by RecA protein using non-equivalent three DNA-strand-binding sites" J.Biochem. 119. 216-223 (1996)
• [Publications] K.Ohta,A.Nicolas,D.Keszenman-Pereyra and T.Shibata: "Endo.SK1:an inducible site specific endonuclease of yeast mitochondria." Mol.Gen.Genet.250(in press.). (1996)
• [Publications] A.Shinohara and T.Ogawa.: "Homologous recombination:Role of doubl-strand breaks." TIBS. 20. 387-391 (1995)
• [Publications] T.Mikawa,R.Masui,T.Ogawa,H.Ogawa,and S.Kuramitsu: "N-terminal 33 amino acid residues of Escherichia coli RecA protein contribute to its self-assembly." J.Mol Biol.250. 471-483 (1995)
• [Publications] T.Ogawa,A.Shinohara,and T.Ikeya: "A species-specific interaction of Rad51 and Rad52 proteins in eukaryotes." Adv.Biophys.31. 93-100 (1995)
• [Publications] T.Ikeya,A.Shinohara,S.Sato,S,tabata and T.Ogawa: "Localization of Mouse Rad51 and Lim15 on Meiotic Chromosomes at Late Staqes of Prophase 1." Genes to Cells. 4(In press.). (1996)
• [Publications] 篠原 彰、小川英行、小川智子: "真核生物のRAD51遺伝子の構造と機能." 日本臨床. 53. 239-249 (1995)
• [Publications] 萩原(林)亜紀、小川英行: "相同性組喚えの機構" 実験医学(増刊). 13. 1243-1251 (1995)
• [Publications] 胡蝶坂仁志、柴田武彦: "RecA蛋白質の相同DNA認識機構" 蛋白質核酸酵素. 40. 1647-1655 (1995)
• [Publications] 柴田武彦、太田邦史: "相同的組換え開始制御における染色体の機能" 実験医学(増刊). 13. 103-108 (1995)
• [Publications] 川崎勝己、李 志軍、柴田武彦: "試験管内での核再構成" 実験医学(増刊). 13. 114-119 (1995)
• [Publications] H.Ogawa: "Advances in Biophysics:Molecular Mechanisms of Genetic Recombination" Japan Scientific Societies Press,Elsevier, 1-238 (1995)