RNAポリメラーゼ複合体の1分子メモリー効果による転写活性化機構

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12480203
• Research Institution: National Institute of Genetics
• Principal Investigator: 嶋本 伸雄 国立遺伝学研究所, 構造遺伝学研究センター, 教授 (20127658)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 十川 久美子 国立遺伝学研究所, 構造遺伝学研究センター, 助手 (20291073)
• Keywords: 大腸菌RNAポリメラーゼ / プロモーター / abortive initiation / moribund複合体 / 分子メモリー

Research Abstract

従来、転写開始は必要な反応を直列に並べたもの(直列経路)とされてきた。近年、λP_Rプロモーター等でプロモーターに結合したまま、不活性な複合体を形成する分岐経路が発見された。この分岐した転写開始では、RNA伸長の過程で、長鎖RNA合成にいたる転写複合体と、短鎖RNAを繰り返し解離(abortive initiation)する複合体(moribund複合体と命名された)との分岐した反応経路をたどる。我々はこの機構が、少なくともin vitroでは一般的な転写開始機構であることを、証明してきた。本年の研究の目的は、この機構が、細胞内で存在することの証明である。
転写伸長因子と考えられていたGreA, GreBタンパク質が、プロモーターとRNAポリメラーゼとの2体複合体のレベルで、λP_Rプロモータにおけるmoribund complexの形成を押さえて転写を活性化させる開始因子としての作用を持つことを発見した。greAgreB遺伝子の破壊株を構築したところ、この株は低温感受性で、重金属耐性が低下しており、genome arrayにより二桁以上の遺伝子の発現が野生株と異なっていることが明らかになった。幾つかの遺伝子発現を検討したところ、uncオペロンなど少なくとも3種の転写ユニットはgreA/greB遺伝子依存的に、in vivoとin vitroの両方でレベルが上昇しており、abortive initiationが低下していた。つまり、転写の分岐回路は細胞内でも存在していることが証明された。
転写の開始機構が、従来証拠無しに信じられてきた直列モデルを否定し、新しいモデルを証明し、国際的にもmoribund complexやbranched pathwayとして認知された意義は大きい。また、この発見は、90年ごろに我々が開発した。固定化DNAによる転写技術が必須のものであり、一つの技術が生物学的発見に結びついたものである。

Research Products

• [Publications] Shimamoto, N: "Movements of RNA polymerase along DNA in Methods of Enzymology"Methods of Enzymology. (in press). (2003)
• [Publications] Susa, M., Sen, R., Shimamoto, N.: "Generality of the branched pathway in transcription initiation by Escherichia coli RNA polymerase"J.Biol.Chem.. 277. 15407-15412 (2002)
• [Publications] 嶋本伸雄: "分子レベルで見たタンパク質とDNAとの結合"総研大ジャーナル. 1. 42-47 (2002)
• [Publications] 嶋本伸雄: "ナノバイオマシン〜世界が血眼の次世代デバイスの代表"NIF NEWS. 12月号. 2-2 (2002)
• [Publications] 嶋本伸雄: "分子生物キーワード辞典第2版(RNA、RNAポリメラーゼ、(転写の)イニシエーション、(転写の)エロンゲーション、mRNA、)"羊土社(in press). (2003)
• [Publications] 嶋本伸雄: "わかる実験医学(原核生物の転写反応)"羊土社(in press). (2003)