ゲノムの死と再生:DNA二重鎖切断とその帰結のバイオロジー

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13141201
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas (B)
• 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): 板谷 光泰 三菱化学, 生命科学研究所, 主任研究員
• Keywords: ゲノム再編 / 相同組み換え / DNA修復 / 遺伝子増幅 / ゲノム安定性 / 利己的遺伝子 / 非相同組換え / ゲノム進化

Research Abstract

(1)制限修飾遺伝子の移動と増幅。
制限修飾遺伝子の不安定性によってドライブされるゲノム再編を、大腸菌および枯草菌で解析した。「制限修飾遺伝子が失われかけると、複製フォークの通過に伴い、その周辺の染色体が切断される。細胞は切断染色体を再結合しようとする。このとき再結合サイトにこの制限修飾遺伝子が挿入されれば、染色体のメチル化が回復し、切断が無くなり、細胞が生き延びる」という「利己的転移」モデルが示唆されている。その検証を試みた。
大腸菌では、制限修飾遺伝子がこのモデルに従いサブゲノム間で転移することを示唆した。
枯草菌では、染色体上の制限修飾遺伝子がタンデムに自己増幅することを発見した。その構造を解明し、ダイナミックスを追跡した。
(2)制限と「二重鎖切断修復」型組換え修復。
二重鎖切断プラスミドを用いて、相同組み換え機能に依存して、非相同な端結合が起きることを示した。
(3)枯草菌ゲノム進化工学。人工的な逆位変異株の構築の一環として、枯草菌ゲノムの一部を2回連続して逆位させる手法に取り組んだ。逆位変異の選択は薬剤耐性をマーカーにするが、2度目には同じマーカーが使用できない。従って最初の逆位変異株からこのマーカーを消去するために、マーカーを組込んだ周辺のゲノムDNA断片を調製して消去した。
(4)相同組換えのランダムウォークモデル。 減数分裂での交叉の干渉をランダムォーカー間の衝突によって説明した。ランダムウォークが非対称な場合を扱った。

Research Products

• [Publications] Y.Fujitani: "A reaction-diffusion model for interference in meiotic crossing-over"Genetics. (in press).
• [Publications] I.Kobayashi: "Behavior of restriction-modification systems as selfish mobile elements and their impact on genome evolution"Mol. Microbiol.. 40. 932-940 (2001)
• [Publications] M.Kuroda: "Whole genome sequencing of meticillin-resistant Staphylococcus aureus"The Lancet. 357. 1225-1240 (2001)
• [Publications] N.Handa: "Y. Nakayama, M. Sadykov and I. Kobayashi. Experimental genome evolution : large-scale genome rearrangements associated with resistance to replacement of a chromosomal restriction-modification gene complex"Mol. Microbiol.. 40. 932-940 (2001)
• [Publications] M.Itaya: "Ggreen marker for Bacillus subtilis colonies"Biosci. Biotech Biochem.. 65. 579-583 (2001)
• [Publications] K.Tsuge: "Recombinational transfer of 100-kb genomic DNA to plasmid in Bacillus subtilis 168"J. Bacteriol.. 183. 5453-5456 (2001)
• [Publications] 小林一三: "ゲノム比較:ゲノムつくり換えていた制限酵素修飾酵素遺伝子"蛋白質核酸酵素、臨時増刊号「ゲノムサイエンスの新たなる挑戦」. 46. 2393-2399 (2001)
• [Publications] K.Nakao: "Relation between restriction modification genes and genome rearrangements suggested from genome sequence comparison within Genus Neisseria"Genome Informatics 2001. 2 (2001)
• [Publications] I.Kobayashi: "DNA double-strand break repair in bacteria"the Encyclopedia of Life Sciences. (on-line publication). (2001)