2018 Fiscal Year Annual Research Report

Theoretical and experimental analysis of the binding efficiency of Ku protein to radiation induced clustered DNA damages

Research Project

Project/Area Number	16K00554
Research Institution	National Institute of Infectious Diseases
Principal Investigator	藤本浩文国立感染症研究所, 品質保証・管理部, 室長 (60373396)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	小池学国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 放射線医学総合研究所重粒子線治療研究部, 主幹研究員(定常) (70280740)
Project Period (FY)	2016-04-01 – 2019-03-31
Keywords	クラスターDNA損傷 / DNA修復 / Ku
Outline of Annual Research Achievements	電離放射線によるDNA損傷には放射線の飛跡に沿って損傷が集中しやすい特徴があると考えられ、クラスターDNA損傷と呼ばれる。単独の損傷の場合と比べるとクラスターDNA損傷は修復酵素が作用しにくいために修復されにくく、また、複数の損傷が近傍に存在することから二本鎖切断（double strand break: DSB）を誘発しやすいと考えられる。KuはDSB末端を認識し、これに結合するタンパク質であり、Kuタンパク質の結合を足がかりとしてDSB修復経路の一つであるnon-homologous end-joining（NHEJ）が開始されると考えられている。NHEJにおけるKuタンパク質結合後の修復プロセスは生化学的、分子細胞生物学的実験により詳細な報告がなされているが、その最も初期の過程であるKuタンパク質によるDSB末端認識結合機構には未だ不明な点が多い。クラスターDNA損傷が誘導するDSB末端は一本鎖の突出、末端近傍塩基の損傷等、DNA切断時の状況よって様々なバリエーションが考えられる。本研究では、クラスターDNA損傷によって誘発されるDSBをKuタンパク質がどのように認識し結合するのかを、従来の分子細胞生物学的手法に加え計算化学的手法を導入することで明らかにしたい。クラスターDNA損傷が生じた場合に想定される二本鎖切断末端構造モデルとしてThymine glycol (TG) を導入したDNA分子に加え、本年度は5’突出末端を有するDNA分子も設計し、Ku-DNA複合体モデルに導入して分子シミュレーションを行い、Ku-DNA間の結合力を推定した。さらに同構造をもつDNA分子に実際にKuを作用させゲルシフト・アッセイを行なうことで、計算結果の妥当性を検証した。