真核生物の遺伝的組換えシステムの研究

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 06101003
• Research Institution: Iwate College of Nursing
• Principal Investigator: 小川 英行 岩手女子看護短期大学, 教授 (70028207)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 坪内 英生 大阪大学, 大学院・理学研究科, 助手 (20283822) ; 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, 細胞遺伝研究系, 教授 (80028208)
• Keywords: 出芽酵母 / 減数分裂期組換え / DNA二重鎖切断修復 / MRE11,RAD50&XRS2遺伝子 / MER3遺伝子 / 非相同組換え / Rad51とRad52の相互作用 / RPA

Research Abstract

今年度の主要な成果は次の通りである。
(1) 組換えの過程で、塩基配列の相同な二つのDNA分子がどのようにして識別されるかは、最も基本的な問いの一つである。我々はRecA蛋白質・DNA複合体の構造をNMR分光技術を用いて解析し、DNA分子が塩基間スタッキングの代わりにデオキシリボース・塩基間スタッキングをとることを発見し、その構造面の変化から、相同性識別機構の分子モデルを提出した(柴田武彦)。
(2) 組換えの開始で中心的な働きをするMRE11遺伝子を発見し、その蛋白質機能の解析を行った。Mre11は中央部とC-末端にDNA結合部位を持ちDNA二重鎖切断導入にはC-末端の結合部位が必要である。Mre11のヌクレアーゼ活性は、DNA二重鎖切断後の末端のプロセシングに関与することを明らかにした。これらの解析により組換え開始の分子機構の研究に突破口を開いた(小川英行、小川智子、柴田武彦)。
(3) Mre11蛋白質は、更にDNA二重鎖切断端同士の再結合を行い、非相同組換えにも関与することが分かり、相同組換え過程と非相同組換え過程の分岐点が判明した。これは遺伝子ターゲッティング改善の糸口になるかもしれない(小川英行、小川智子、坪内英生)。
(4) Rad51蛋白質の活性が、Rad52とRpalによって大きく促進されることを発見した。その詳細な解析によって真核生物の組換え中間体形成の分子機構解明が大きく加速された(小川智子)。
(5) これらの成果の他に、Mre11蛋白質は、細胞周期制御との関連や、テロメアや繰り返し配列長の維持とも関連あることが明らかになってきている。そしてこれらの成果はまた、X線等によるDNA二重鎖切断の修復研究分野にも大きな影響をあたえつつある。

Research Products

• [Publications] Kurumizaka,H.: "Mutant RecA proteins,RecAR243Q and RecAK245N,that exhibit defective DNA binding in homologous pairing." Arch Biochem. (in press). (1999)
• [Publications] Usui,T.: "Complex formation and functional versatility of Mre11 of budding yeast in recombination." Cell. 95. 705-716 (1998)
• [Publications] Shinohara,A.: "Stimulation of Rad51-mediated Recombination by Rad52 in Saccharomyces cerevisiae." Nature. 391. 404-407 (1998)
• [Publications] Hayashi,A.: "Meiotic behaviours of chromosomes and microtubules in budding yeast: relocalization of centromeres and telomeres during meiotic prophase." Genes Cells. 3. 587-601 (1998)
• [Publications] Namsaraev,E.: "Biochemical basis of hyper-recombinogenic activity of Pseudomonas aeruginosa RecA protein in Escherichia coli cells." Mol.Microbiol.27. 727-738 (1998)
• [Publications] Ohta,K.: "Mutations in the MRE11,RAD50,XRS2,and MRE2 genes alter chromatin configuration at meiotic DNA double-stranded break sites in premeiotic and meiotic cells." Proc.Natl.Acad.Sci.USA. 95. 646-651 (1998)
• [Publications] Tsubouchi,H.: "A novel mre11 mutation impairs processing of double-strand breaks of DNA during both mitosis and meiosis." Mol.Cell.Biol.18. 260-268 (1998)
• [Publications] Sonoda,E.: "Rad51-deficient vertebrate cells accumulate chromosomal breaks prior to cell death." EMBO J.17. 598-608 (1998)
• [Publications] shinohara,A.: "Rad52 forms ring structures and co-operates with RPA in single-strand DNA annealing." Genes Cells. 3. 145-156 (1999)
• [Publications] Nishinaka,T.: "Base pair switching by interconversion of sugar puckers in DNA extended by proteins of RecA-family: A model for homology search in homologous genetic recombination." Proc.Natl.Acad.Sci.USA. 95. 11071-11076 (1998)
• [Publications] Furuse,M.: "Distinct roles of two separable in vitro activities of yeast Mre11 in mitotic and meiotic recombination." EMBO J.17. 6412-6425 (1998)
• [Publications] Yu,X.: "Identification of a defined epitope on the surface of the active RecA-DNA filament using a monoclonal antibody and three-dimensional reconstruction." J.Mol.Biol.28. 985-992 (1998)
• [Publications] 西中太郎: "DNAはどのようにして相同部位を認識し、鎖を交換するか?-相同探索、鎖交換反応のDNA分子構造模型-" 蛋白質核酸酵素. 44. 102-113 (1999)
• [Publications] 伊藤 隆: "Crystal structure of lambda-exonuclease" 蛋白質核酸酵素. 43. 1469-1473 (1998)
• [Publications] 坪内英生: "DNA二重鎖切断修復機構と減数分裂期組換え" 生物物理. 38. 156-161 (1998)
• [Publications] 篠原 彰: "遺伝的組換え" 分子生物学イラストレイテッド. 80-93 (1998)
• [Publications] 小川智子: "組換え機構、シリーズ・ニューバイオフィズイックス(日本生物物理学会編)、弟2巻 遺伝子の構造生物学、第3章 組換え機構" 共立出版, 16 (1998)