1998 Fiscal Year Final Research Report Summary

制限修飾遺伝子の自己維持機能を利用したプラスミド安定化

Research Project

Project/Area Number	09558085
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
Allocation Type	Single-year Grants
Section	展開研究
Research Field	Functional biochemistry
Research Institution	The University of Tokyo
Principal Investigator	小林一三東京大学, 医科学研究所, 助教授 (30126057)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	川上文清東洋紡績株式会社, 敦賀バイオ研究所, 主席部員
Project Period (FY)	1997 – 1998
Keywords	プラスミド / 遺伝子組換え / ゲノム多型 / ゲノム再編 / 利己的遺伝子 / 制限酵素 / エピジェネティクス / ゲノムメチル化
Research Abstract	制限酵素の遺伝子は、同じ認識配列をメチル化し制限切断から保護する修飾酵素の遺伝子に隣接する。「制限修飾遺伝子単位は、外敵DNAを切断することによって細胞を守るための道具である」というのが定説であった。私たちは、「制限修飾遺伝子を持つプラスミドは細胞から失われにくい」という現象を発見し、「細胞から制限修飾遺伝子が失われると、修飾酵素が減少し、新しく作られる染色体上の認識配列をメチル化しきれなくなる。そこを残った制限酵素が切断すると、細胞は殺される。」という「分離後の宿主殺し」モデルを提案した。これらから、「制限修飾酵素遺伝子が、トランスポゾンやウイルスのような独自の遺伝単位である」という「利己的な遺伝子説」「ゲノム病原体説」を提唱した。制限修飾遺伝子のこの「利己的な」自己維持作用を解明し、それに連結することによってプラスミドの安定な維持を図ろう、という本研究の目的は、次のように達成された。安定化効果は、大腸菌でEcoRI,EcoRV,PaeR7,PvuIIの場合に観察された。 (1)プレート法によって、細胞死・安定化に影響する大腸菌の遺伝子を多数探しあてた。 (2)制限修飾遺伝子間の「重感染排除」の発見など寄生的ライフサイクルが解明された。 (3)制限修飾遺伝子の攻撃に対しての宿主細胞側の応答が解明され、「染色体切断による分離後細胞死」が実証された。 (4)細胞側の遺伝子相同組換え機構が染色体切断の修復によって細胞死に抵抗することが明らかになった。 (5)染色体上の制限修飾遺伝子とそれに連結した遺伝子を相同な遺伝子で置き換えようとしたところ、抵抗と大規模なゲノム再編が起きた。予期しない発見であった。 (6)このような制限修飾遺伝子による大規模ゲノム再編が自然界でも起きていることが、ピロリ菌のゲノム解読から示唆された。

Research Products

(29 results)

All Other

All Publications (29 results)

[Publications] K.Kusano、: "A nrw type of illegitimate recombination is dependent on restriction and homologous interaction."J.Bacteriol.. 179. 5380-5390 (1997)
[Publications] N.K.Takahashi: "Genetic Recombination through Double-strand Break Repair : Shift from Two-progeny Mode to One-progeny Mode by Heterologous Inserts."Genetics. 146. 9-26 (1997)
[Publications] N.Handa: "X^*、aX-related 11-mer sequence partially avtive in an E : coli recC^* strain"Genes to Cells. 2. 525-536 (1997)
[Publications] N.Handa: "Clustering of X sequence in Escherichia coli genome."Microb.Comp.Genomics. 2. 287-298 (1997)
[Publications] Y.Fujitani: "Mismatch-stimulated destruction of intermadiates as an explanation for map expansion in genetic recombination."J.Theor.Biol.. 189. 443-447 (1997)
[Publications] I.Kobayashi: "Genetic recombination in fights between selfish genes."J.Rep.Dev.. 43. 61-62 (1997)
[Publications] N.Handa: "Selfish behavior in restriction and recombination."J.Rep.Dev.. 43. 59-60 (1997)
[Publications] I.Kobayashi: "Selfishness and death --- raison d'etre of restriction、recombination and mitochondria."Trends in Genetics. 14. 368-374 (1998)
[Publications] Y.Naito: "Selfish restriction modification genes : Resistance of a resident R/M plasmid to displacement by an incompatible plasmid mediated by host killing."Biol.Chem.. 379. 429-436 (1998)
[Publications] Y.Nakayama: "Restriction-modification gene complexes as selfish gene entities : Roles of a regulatory system in their establishment、maintenance and apoptotic mutual exclusion."Proc.Nat.Acad.Sci.USA. 95. 6442-6447 (1998)
[Publications] I..Kobayashi.: "Homologous recombination and sex as a strategy against selfish genetic elements attacking genome."Ann.New York Acad.Sci.. 870. 354-356 (1999)
[Publications] I..Kobayashi.: "Shaping the genome : restriction modification systems as mobile genetic elements、"Current Opinion in Genetics and Development.. 9. 649-656 (1999)
[Publications] N.handa: "Post-segregational killing by restriction modification gene complexes : observations of individual cell deaths."Biochimie. 81. 931-938 (1999)
[Publications] Y.Fujitani: "Effect of sequence diverigence on homologous recombination as analyzed by the random walk model."Genetics. 153. 1973-1988 (1999)
[Publications] N.handa: "Cellular responses to post-segregational killing by restriction-modification genes:"J.Bacteriol.. (in press).
[Publications] I.Kobayashi.: "Sex as a strategy against "non-self" genetic elements."J.Rep.Dev.. (in press).
[Publications] 半田直史: "死をプログラムする利己的遺伝子"最新医学. 52. 2057-2064 (1997)
[Publications] 半田直史: "死をプログラムする細菌の遺伝子"バイオクリニカ. 12. 352-355 (1997)
[Publications] 半田直史: "相同組換えの機序と遺伝子治療への応用"治療学. 31. 429-433 (1997)
[Publications] 小林一三: "反「利己的遺伝子」戦略としての性"遺伝. 52. 27-33 (1998)
[Publications] 半田直史: "「利己的な遺伝子」にプログラムされる死"遺伝. 52. 61-67 (1998)
[Publications] 半田直史: "ゲノムにとっての自己と非自己"臨床免疫. 31. 222-227 (1999)
[Publications] 小林一三: "制限酵素は病原体である---制限修飾遺伝子の"動く遺伝子"としての活動とゲノムの防御と多型"細胞工学. 18. 1846-1857 (1999)
[Publications] I.Kobayashi.: "Proceedings of 3rd internet world conference on Biomedical Sciences"H.Hamada,and Kawakami,Y.,(CD-ROM). (1997)
[Publications] A.Nobusato: "Genome Informetics 1999"Asai,K.,Miyano,S.and Takagi,T&.,(分担加筆). 2 (1999)
[Publications] A.Kusano-Fujita: "Gene Therapy Vector Protocols Handbook."E.B.Kmiec,(分担加筆). 9 (1999)
[Publications] K.Gerdes: "Curents in Computational Molecular Biology."Couturier,M.and Gerdes,K.,editor-in-chief : Chris M Thomas,(in press).
[Publications] 内藤泰宏: "遺伝子治療開発研究ハンドブック"日本遺伝子治療学会,(分担加筆). 12 (1999)
[Publications] 小林一三: "医科分子生物学、第3版(村松編)"遺伝子の組換え,(分担加筆). 10 (1997)

1998 Fiscal Year Final Research Report Summary

制限修飾遺伝子の自己維持機能を利用したプラスミド安定化

Principal Investigator

小林 一三 東京大学, 医科学研究所, 助教授 (30126057)

Research Products

[Publications] K.Kusano、: "A nrw type of illegitimate recombination is dependent on restriction and homologous interaction."J.Bacteriol.. 179. 5380-5390 (1997)

[Publications] N.K.Takahashi: "Genetic Recombination through Double-strand Break Repair : Shift from Two-progeny Mode to One-progeny Mode by Heterologous Inserts."Genetics. 146. 9-26 (1997)

[Publications] N.Handa: "X^*、aX-related 11-mer sequence partially avtive in an E : coli recC^* strain"Genes to Cells. 2. 525-536 (1997)

[Publications] N.Handa: "Clustering of X sequence in Escherichia coli genome."Microb.Comp.Genomics. 2. 287-298 (1997)

[Publications] Y.Fujitani: "Mismatch-stimulated destruction of intermadiates as an explanation for map expansion in genetic recombination."J.Theor.Biol.. 189. 443-447 (1997)

[Publications] I.Kobayashi: "Genetic recombination in fights between selfish genes."J.Rep.Dev.. 43. 61-62 (1997)

[Publications] N.Handa: "Selfish behavior in restriction and recombination."J.Rep.Dev.. 43. 59-60 (1997)

[Publications] I.Kobayashi: "Selfishness and death --- raison d'etre of restriction、recombination and mitochondria."Trends in Genetics. 14. 368-374 (1998)

[Publications] Y.Naito: "Selfish restriction modification genes : Resistance of a resident R/M plasmid to displacement by an incompatible plasmid mediated by host killing."Biol.Chem.. 379. 429-436 (1998)

[Publications] Y.Nakayama: "Restriction-modification gene complexes as selfish gene entities : Roles of a regulatory system in their establishment、maintenance and apoptotic mutual exclusion."Proc.Nat.Acad.Sci.USA. 95. 6442-6447 (1998)

[Publications] I..Kobayashi.: "Homologous recombination and sex as a strategy against selfish genetic elements attacking genome."Ann.New York Acad.Sci.. 870. 354-356 (1999)

[Publications] I..Kobayashi.: "Shaping the genome : restriction modification systems as mobile genetic elements、"Current Opinion in Genetics and Development.. 9. 649-656 (1999)

[Publications] N.handa: "Post-segregational killing by restriction modification gene complexes : observations of individual cell deaths."Biochimie. 81. 931-938 (1999)

[Publications] Y.Fujitani: "Effect of sequence diverigence on homologous recombination as analyzed by the random walk model."Genetics. 153. 1973-1988 (1999)

[Publications] N.handa: "Cellular responses to post-segregational killing by restriction-modification genes:"J.Bacteriol.. (in press).

[Publications] I.Kobayashi.: "Sex as a strategy against "non-self" genetic elements."J.Rep.Dev.. (in press).

[Publications] 半田直史: "死をプログラムする利己的遺伝子"最新医学. 52. 2057-2064 (1997)

[Publications] 半田直史: "死をプログラムする細菌の遺伝子"バイオクリニカ. 12. 352-355 (1997)

[Publications] 半田直史: "相同組換えの機序と遺伝子治療への応用"治療学. 31. 429-433 (1997)

[Publications] 小林一三: "反「利己的遺伝子」戦略としての性"遺伝. 52. 27-33 (1998)

[Publications] 半田直史: "「利己的な遺伝子」にプログラムされる死"遺伝. 52. 61-67 (1998)

[Publications] 半田直史: "ゲノムにとっての自己と非自己"臨床免疫. 31. 222-227 (1999)

[Publications] 小林一三: "制限酵素は病原体である---制限修飾遺伝子の"動く遺伝子"としての活動とゲノムの防御と多型"細胞工学. 18. 1846-1857 (1999)

[Publications] I.Kobayashi.: "Proceedings of 3rd internet world conference on Biomedical Sciences"H.Hamada,and Kawakami,Y.,(CD-ROM). (1997)

[Publications] A.Nobusato: "Genome Informetics 1999"Asai,K.,Miyano,S.and Takagi,T&.,(分担加筆). 2 (1999)

[Publications] A.Kusano-Fujita: "Gene Therapy Vector Protocols Handbook."E.B.Kmiec,(分担加筆). 9 (1999)

[Publications] K.Gerdes: "Curents in Computational Molecular Biology."Couturier,M.and Gerdes,K.,editor-in-chief : Chris M Thomas,(in press).

[Publications] 内藤泰宏: "遺伝子治療開発研究ハンドブック"日本遺伝子治療学会,(分担加筆). 12 (1999)

[Publications] 小林一三: "医科分子生物学、第3版(村松編)"遺伝子の組換え,(分担加筆). 10 (1997)

小林一三東京大学, 医科学研究所, 助教授 (30126057)

[Publications] N.Handa: "X^、aX-related 11-mer sequence partially avtive in an E : coli recC^ strain"Genes to Cells. 2. 525-536 (1997)