自律複製する染色体外遺伝因子の、微小核を介する選択的排出機構

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11440220
• Research Institution: HIROSHIMA UNIVERSITY
• Principal Investigator: 清水 典明 広島大学, 総合科学部, 助教授 (10216096)
• Keywords: Extrachromosomal DNA / Gene amplification / Double Minutes / Homogeneously Staining Region / DNA replication / Plasmid / Gene Delivery / Micronucleus

Research Abstract

遺伝子増幅は、ヒト細胞のがん化の過程で、決定的な役割を演じている。増幅した遺伝子は、染色体外のDMか、染色体中のHSRに局在する。DMは、自律複製する巨大な環状DNAからなる。我々は、DMの特異な細胞内動態と、細胞外への排出機構を、長年の研究の過程で明らかにしてきた。本研究計画では、DMについて得られた知見を、より一般的な自律複製染色体外遺伝因子に拡張することを目的として進めてきた。その結果、前年度までに、1)マイクロインジェクション法等々で導入したDNA分子の、導入後短期間での、細胞内動態と細胞外排出機構の概要を明らかした。2)哺乳動物複製起点と核マトリックス結合領域(MAR)を持ち、自律複製できる環状プラスミドは、がん細胞内で遺伝子増幅と良く似た現象を誘導することを見い出した。すなわち、このようなプラスミドは、DMを持つがん細胞中ではDMに組み込まれるか、染色体中でHSRを形成した。また、DMを持たない細胞中では新たにDMの形成を誘導した。
本研究年度には、この後者の研究を中心に進めた。まず、前年度までの研究成果をCancer Research誌に公表した。また、自律複製プラスミドがどのような機構で増幅構造を形成するのかを明らかにした。すなわち、このようなプラスミドは染色体外で、数百コピーが直列反復構造で多量体化し、巨大な環状分子となった後、DMに組み込まれる。また、このような巨大環状分子は染色体に組み込まれるとその位置で2本鎖切断を誘導し、BFB cycleにより一万コピー以上からなるHSRへと成長する。このような実験系は、目的遺伝子の増幅による有用蛋白質の大量生産系として有用であるため、現在特許を申請中である。また、がん細胞中での遺伝子増幅機構を、モデル実験系を用いて明らかにした意味があるため、学術誌への公表も準備中である。

Research Products

• [Publications] N.Shimizu et al.: "Plasmids with a Mammalian Replication Origin and a Matrix Attachment Region Initiate the Event Similar to Gene Amplification"Cancer Research. 61・19. 6987-6990 (2001)
• [Publications] N.Shimizu et al.: "Replication Timing of Amplified Genetic Regions Relates to Intranuclear Localization but not to Genetic Activity or G/R-Band"Experimental Cell Research. 268・2. 201-210 (2001)
• [Publications] N.Shimizu et al.: "Selective Elimination of Acentric Double Minutes from Cancer Cells Through the Extrusion of Micronuclei"Mutation Research. 448・1. 81-90 (2000)
• [Publications] T.Tanaka, N.Shimizu: "Induced detachment of acentric chromatin from mitotic chromosomes leads to their cytoplasmic localization at G1 and the micronucleation by lamin reorganization at S-phase"Journal of Cell Science. 113・4. 697-707 (2000)