Elucidation of the principles in the replication initiation mechanisms that support bidirectional replication and in the regulatory systems for the replication initiation

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20H03212
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 43030:Functional biochemistry-related
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: Katayama Tsutomu 九州大学, 薬学研究院, 教授 (70264059)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: DNA複製 / 細胞周期 / 複製起点 / DnaA / ヘリカーゼ / 細菌 / 複合体動態 / 核様体

Outline of Final Research Achievements

The replication initiation complex of Escherichia coli consists of a replication origin oriC DNA, DnaA protein multimers, DnaA assembly-stimulating factor DiaA protein, and DNA bending protein IHF. In this study, we found that two DnaA pentamers promote expansion and stabilization of the single-stranded region of oriC DNA, enabling efficient helicase loading. The chromosomal DNA factor DARS2 timely activates DnaA during the cell cycle. This requires binding of Fis protein, which is expressed in an exponential growth phase-specific manner, to DARS2. In this study, we clarified that Fis binds to DARS2 in a timely manner during the cell cycle ensuring the timely activation of DARS2, that the activated form of DnaA inhibits DARS2-Fis binding by a negative feedback manner, and the molecular mechanisms underlying the feedback regulation.

Free Research Field

分子生物学、生化学、遺伝学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

染色体DNA複製は遺伝や細胞増殖の基本である。染色体DNA複製の開始反応は細胞周期と共役して制御される。また染色体DNAでは複製起点DNAが局所的に一本鎖化され、そこから両方向に複製が進むような分子機構が普遍的である。本研究は、細胞モデルとされる大腸菌において、このような染色体DNA複製の開始反応のメカニズムや開始反応に対する高次な制御機構を分子でレベルで明らかにした。この成果は、細菌における染色体DNA複製の普遍的な分子機構や制御機構を理解するため重要な意義がある。また病原菌のみならず真核細胞の増殖機構の理解にも貢献できる。抗菌剤や抗がん剤の開発の基礎としても意義がある。