Biochemical analysis of post-replication repair pathway involved in induced mutagenesis

2010 Fiscal Year Self-evaluation Report

• Project/Area Number: 20310030
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Risk sciences of radiation/Chemicals
• Research Institution: Nagoya University (2011); Hiroshima University (2008-2010)
• Principal Investigator: MASUDA Yuji Hiroshima University, 原爆放射線医科学研究所, 助教 (30273866)
• Project Period (FY): 2008 – 2011
• Keywords: 複製後修復 / 突然変異 / 損傷乗り越えDNA合成

Research Abstract

放射線や環境変異原によって引き起こされる重要な生物影響の一つは突然変異の誘発であり、その分子メカニズムの解明は当該研究分野の重要課題である、放射線や環境変異原は多種多様なDNA損傷を引き起こすが、DNA損傷自体は変異ではなく、突然変異はDNA複製(おそらくは損傷塩基を鋳型とした複製)の課程で起こる生化学的反応の帰結である。DNA損傷はDNA修復機構により完全に除去されることはないので、複製の際DNAポリメラーゼは損傷DNAに遭遇する。DNA複製を忠実に行う複製型のDNAポリメラーゼ(PolδまたはPolε)はその忠実度ゆえに損傷塩基に対してはDNA仲長反応を続けることができない、したがって、DNA損傷(特にチェックポイントが活性化しない程度の低レベルの障害)から細胞を保護するためには損傷を除去することなくDNA合成を再開する複製後修復、Post-replication repair(PRR)と呼ばれる分子機構を必要とする。PRRには二つの経路があり、一つは忠実度の低い損傷乗り越えDNAポリメラーゼ(Polη,Polι,Polκ,REV1,Polζ)を介したPolymerase switch(PS)と、忠実度の高いDNAポリメラーゼ、Polδを介したTemplate switch(TS)経路が存在する。PS経路では忠実度の低いDNAポリメラーゼが損傷塩基を直接鋳型としてヌクレオチドを重合するTranslesion synthesis(TLS)によりDNA合成を再開する。しかしこの過程はerror-prone(誤りがち)であり、突然変異誘発の原因となる。一方TS経路では、停止したプライマー末端が新生娘鎖とアニーリングすることにより損傷のない鋳型を使ったDNA合成を行う、一般的にこの過程はerror-freeである、これまでに酵母の遺伝学的解析などから、PRR経路に関与するタンパク質因子が多数同定された。しかし、それらの因子によるPRR経路の生化学的基盤は脆弱である。本研究の目的は、これまでに知られているヒトのPRR関連タンパク質を網羅的に精製しPRRの二っの経路の生化学反応を試験管内で再構成し、その分子機構を解析することにある。本研究では、洗練された再構成系からでしか解明できない分子メカニズムに関する諸問題に焦点を絞りPRR経路の生化学的基盤を確立することで、当該研究分野の発展に寄与することを目指している。

Research Products

• [Journal Article] Regulation of DNA polymerase POLD4 influences genomic instability in lung cancer. (2010)
  • Author(s): Huang QM, Tomida S, Masuda Y, Arima C, Cao K, Kasahara TA, Osada H, Yatabe Y, Akashi T, Kamiya K, Takahashi T, Suzuki M.
  • Journal Title: Cancer Res. 70 Pages: 8407-8416
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] DNA replication-coupled PCNA mono-ubiquitination and polymerase switching in a human in vitro system. (2010)
  • Author(s): Masuda Y, Piao J, Kamiya K.
  • Journal Title: J.Mol.Biol 396 Pages: 487-500
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Specific amino acid residues are involved in substrate discrimination and template binding of human REV1 protein. (2010)
  • Author(s): Piao J, Masuda Y, Kamiya K.
  • Journal Title: Biochem. Biophys. Res. Commun. 392 Pages: 140-144
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Biochemical analysis of human PIF1 helicase and functions of its N-terminal domain. (2008)
  • Author(s): Gu Y, Masuda Y, Kamiya K.
  • Journal Title: Nucleic Acids Res. 36 Pages: 6295-6308
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] DNA damage induced ubiquitylation of RFC2 subunit of RFC complex. (2008)
  • Author(s): Tomida J, Masuda Y, Hiroaki H, Ishikawa T, Song I, Tsurimoto T, Tateishi S, Shiomi T, Kamei Y, Kim J, Kamiya K, Vaziri C, Ohmori H, Todo T.
  • Journal Title: J.Biol.Chem. 283 Pages: 9071-9079
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Biochemical analysis of PCNA-ubiquitination in humans (2010)
  • Author(s): Yuji Masuda, Miki Suzuki, Hidehiko Kawai, Asami Hishiki, Hiroshi Hashimoto, Fumio Suzuki, Kenji Kamiya
  • Organizer: The 7th 3R (Replication, Recombination and Repair) Symposium
  • Place of Presentation: 富山市
  • Year and Date: 2010-10-26
• [Presentation] PCNAのユビキチン化反応の生化学的解析 (2010)
  • Author(s): 増田雄司、鈴木美紀、可合秀彦、菱木麻美、橋本博、鈴木文男、神谷研二
  • Organizer: 日本放射線影響学会第53回大会
  • Place of Presentation: 京都市
  • Year and Date: 2010-10-20
• [Presentation] PCNAのユビキチン化の分子機構 (2010)
  • Author(s): 増田雄司、鈴木美紀、河合秀彦、菱木麻美、橋本博、鈴木文男、神谷研二
  • Organizer: 日本遺伝学会第82回大会
  • Place of Presentation: 札幌市
  • Year and Date: 2010-09-23
• [Presentation] 複製後修復経路におけるDNAポリメラーゼ交換反応の生化学的解析 (2009)
  • Author(s): 増田雄司、神谷研二
  • Organizer: 日本放射線影響学会第52回大会
  • Place of Presentation: 広島市
  • Year and Date: 2009-11-12
• [Presentation] ヒトRAD6-RAD18によるPCNAのユビキチン化反応の分子機構 (2008)
  • Author(s): 増田雄司、神谷研二
  • Organizer: 日本放射線影響学会第51回大会
  • Place of Presentation: 北九州市
  • Year and Date: 2008-11-19