染色体3D構造の複製を基盤とした染色体動態の連携

• 研究領域: 染色体オーケストレーションシステム
• 研究課題/領域番号: 15H05975
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 生物系
• 研究機関: 国立遺伝学研究所
• 研究代表者: 荒木 弘之 国立遺伝学研究所, 遺伝メカニズム研究系, 特任教授 (20151160)
• 研究期間 (年度): 2015-06-29 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 124,540千円 (直接経費: 95,800千円、間接経費: 28,740千円); 2019年度: 23,140千円 (直接経費: 17,800千円、間接経費: 5,340千円); 2018年度: 23,270千円 (直接経費: 17,900千円、間接経費: 5,370千円); 2017年度: 23,270千円 (直接経費: 17,900千円、間接経費: 5,370千円); 2016年度: 23,140千円 (直接経費: 17,800千円、間接経費: 5,340千円); 2015年度: 31,720千円 (直接経費: 24,400千円、間接経費: 7,320千円)
• キーワード: DNA複製 / 染色体 / 細胞周期 / DNA 複製 / 複製フォーク / 染色体動態 / クロマチン / 染色体構造 / in vitro系

研究成果の概要

DNA複製系を出芽酵母の精製タンパク質から再構成し、最適化した後、解析に用いた。そして、複製開始に働くpre-Replicative Complexの複製開始部位へのローディングの新たな機構、複製ヘリカーゼ構成因子であるGINSとDNAポリメラーゼεの相互作用の染色体DNA合成への寄与、複製開始因子Sld3-Sld7ヘテロ４量体構造の機能的意味、を明らかにした。さらに、複製フォーク停止のin vitro系を構築し、フォーク停止にDNAポリメラーゼεが関わっていることを示した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

真核生物の複数の複製タンパク質の機能を明らかにし、染色体動態との繋がりとして、複製フォークが停止する機構を解明した。これらの学術的意義も大きいが、解析に用いたin vitro複製系を稼働させたことも大きな意義がある。この系は、世界でも限られた研究室でしか動いておらず、国内では我々のところだけであった。この系を用いては、姉妹染色体間を結びつけるコヒーシンの導入を共同研究により行うなど、他の研究グループの指導も行ったので、国内においてもより多くの研究者がin vitro複製系を使用し、それぞれの研究に役立てることを期待している。。

研究成果

• [雑誌論文] Recombination and Pol ζ rescue defective DNA replication upon impaired CMG helicase-Pol ε interaction. (2020)
  • 著者名/発表者名: Denkiewicz-Kruk, M., Jedrychowska, M., Endo, S., Araki, H., Jonczyk, P., Dmowski, M., Fijalkowska, I.J.
  • 雑誌名: Int. J. Mol. Sci. 巻: 21 号: 24 ページ: 9484-9484
  • DOI: 10.3390/ijms21249484
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Replication fork pausing at protein barriers on chromosomes (2019)
  • 著者名/発表者名: Hizume Kohji、Araki Hiroyuki
  • 雑誌名: FEBS Letters 巻: 593 号: 13 ページ: 1449-1458
  • DOI: 10.1002/1873-3468.13481
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] DNA polymerase e-dependent modulation of the pausing property of CMG helicase at the barrier. (2018)
  • 著者名/発表者名: Hizume, K., Endo, S., Muramatsu, S., Kobayashi, T. and Araki, H.
  • 雑誌名: Genes & Dev 巻: 32 号: 19-20 ページ: 1315-1320
  • DOI: 10.1101/gad.317073.118
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Pre‐initiation complex assembly functions as a molecular switch that splits the Mcm2‐7 double hexamer (2017)
  • 著者名/発表者名: Miyazawa-Onami, M., Araki, H. and Tanaka, S
  • 雑誌名: EMBO Rep. 巻: 18 号: 10 ページ: 1752-1761
  • DOI: 10.15252/embr.201744206
  • 査読あり
• [雑誌論文] New insights into the GINS complex explain the cntroversy between existing structural models. (2017)
  • 著者名/発表者名: Carroni, M., March, M. D., Medagli, B., Krastanova, I., Taylor I. A., Amenitsch, H., Araki, H., Pisani, F. M., Patwardhan, A. and Onesti, S.
  • 雑誌名: Sci. Rep. 巻: 7 号: 1 ページ: 40188-40188
  • DOI: 10.1038/srep40188
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Flexible DNA path in the MCM double hexamer loaded on DNA (2017)
  • 著者名/発表者名: Hizume, K., Kominami, H., Kobayashi, K., Yamada, H. and Araki, H.
  • 雑誌名: Biochemistry 巻: 印刷中 号: 19 ページ: 2435-2445
  • DOI: 10.1021/acs.biochem.6b00922
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Conserved interaction of Ctf18-RFC with DNA polymerase ε is critical for maintenance of genome stability in saccharomyces cerevisiae. (2016)
  • 著者名/発表者名: Okimoto H, Tanaka S, Araki H, Ohashi E, Tsurimoto T.
  • 雑誌名: Genes Cells. 巻: in press 号: 5 ページ: 482-491
  • DOI: 10.1111/gtc.12356
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Elucidating the DDK‐dependent step in replication initiation (2016)
  • 著者名/発表者名: Araki, H
  • 雑誌名: EMBO J 巻: 35 号: 9 ページ: 907-908
  • DOI: 10.15252/embj.201694227
• [雑誌論文] The quaternary structure of the eukaryotic DNA replication proteins Sld7 and Sld3 (2015)
  • 著者名/発表者名: Itou, H., Shirakihara, Y. and Araki, H
  • 雑誌名: Acta Cryst. 巻: D71 号: 8 ページ: 1649-1656
  • DOI: 10.1107/s1399004715010457
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] DNA polymerase epsilon: its function at the initiation and elongation steps of chromosome replication (2019)
  • 著者名/発表者名: 荒木 弘之
  • 学会等名: Chromosome Dynamics
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Non enzymatic function of yeast DNA polymerase epsilon in chromosomal DNA replication (2019)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Araki, Shizuko Endo, Sachiko Muramatsu, Kohji Hizume
  • 学会等名: 第４２回日本分子生物学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] 酵母を用いた複製機構の解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 荒木 弘之
  • 学会等名: 第２５回DNA複製・組換え・修復ワークショップ
  • 招待講演
• [学会発表] Requirements for replication fork pausing at the barriers (2019)
  • 著者名/発表者名: Koji Hizume, Shizuko Endo, Sachiko Muramatsu, Hiroyuki Araki
  • 学会等名: The 2019 meeting on Eukaryotic DNA Replication and Genome Maintenance
  • 国際学会
• [学会発表] Formation and progression of replication forks in budding yeast; replication fork pausing at the barriers (2019)
  • 著者名/発表者名: Kohji Hizume, Shizuko Endo, Sachiko Muramatsu, Hiroyuki Araki
  • 学会等名: The 44th FEBS Congress
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] A novel role of DNA polymerase epsilon at replication forks; its involvement in replication fork pausing at the barriers (2018)
  • 著者名/発表者名: Kohji Hizume, Shizuko Endo, Sachiko Muramatsu, Takehiko Kobayashi and Hiroyuki Araki
  • 学会等名: 岡崎フラグメントー不連続DNA複製モデル５０周年記念国際シンポジウム
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 出芽酵母の染色体DNA複製機構 (2018)
  • 著者名/発表者名: 日詰光治、遠藤静子、村松佐知子、荒木弘之
  • 学会等名: 第４１回日本分子生物学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] DNA複製バリアにおける複製ファークの停止機構 (2018)
  • 著者名/発表者名: 日詰光治、遠藤静子、村松佐知子、小林武彦、荒木弘之
  • 学会等名: 第４１回日本分子生物学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] DNA polymerase epsilon-dependent modulation of the pausing property of the CMG helices at the barrier (2018)
  • 著者名/発表者名: Kohji Hizume, Shizuko Endo, Sachiko Muramatsu, Takehiko Kobayashi, Hiroyuki Araki
  • 学会等名: The 11th 3R & 3C Symposium
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 試験管内再構成系を用いた出芽酵母の染色体DNA複製機構の解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 荒木弘之、遠藤静子、村松佐知子、日詰光治
  • 学会等名: 第９１回日本生化学会大会
  • 招待講演
• [学会発表] 染色体DNA上の障害によるDNA複製フォークの停止機構 (2018)
  • 著者名/発表者名: 日詰光治、遠藤静子、村松佐知子、小林武彦、荒木弘之
  • 学会等名: 第５１回酵母遺伝学フォーラム年会
• [学会発表] Formation, progression and stalling of bidirectional replication forks in budding yeast (2018)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Araki
  • 学会等名: EMBO/EMBL Symposium: DNA replication: From basic biology to disease
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] CMG helices activity on chromatinized DNA and at the replication fork barrier (2017)
  • 著者名/発表者名: 日詰光治、遠藤静子、村松郁子、小林武彦、荒木弘之
  • 学会等名: The 2017 meeting on eukaryotic DNA replication & genome maintenance
  • 国際学会
• [学会発表] Structure and function of the Sld3-Sld7 complex essential for the initiation of chromosomal DNA replication (2017)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Araki, Shizuko Endo, Masaru Yagura, Sachiko Muramatsu, Koji Hizume, Izumi Ishizaki, Koji Kato, Min Yao
  • 学会等名: The 2017 meeting on eukaryotic DNA replication & genome maintenance
  • 国際学会
• [学会発表] リーディング鎖ポリメラーゼPolε依存的な複製ヘリカーゼの停止反応 (2017)
  • 著者名/発表者名: 日詰光治、遠藤静子、村松郁子、小林武彦、荒木弘之
  • 学会等名: 第２４回 DNA複製・組換え・修復ワークショップ
• [学会発表] 真核生物ヘリカーゼCMG複合体の、クロマチンあるいは複製バリア（Replication Fork Barrier）に対する活性の生化学的解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 日詰光治、遠藤静子、村松郁子、小林武彦、荒木弘之
  • 学会等名: 第４０回日本分子生物学会年会
• [学会発表] 真核生物複製ヘリカーゼCMG複合体の進行阻害に関する生化学的研究 (2016)
  • 著者名/発表者名: 日詰 光治、遠藤 静子、小林 武彦、荒木 弘之
  • 学会等名: 第39回 日本分子生物学会年会
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2016-11-30
• [学会発表] Molecular mechanism of chromosomal DNA replication in eukaryotes (2016)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Araki, Nishiho Makino, Masaru Yagura, Shizuko Endo, Sachiko Muramatsu, Hiroshi Itou, Kohji Hizume, Seiji Tanaka
  • 学会等名: The 39th Annual Meeting of the Molecular Biology society of Japan
  • 発表場所: Yokohama
  • 年月日: 2016-11-29
  • 招待講演
• [学会発表] he initiation mechanism of chromosomal DNA replication ensuring bidirectional DNA synthesis in budding yeast (2016)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Araki, Nishiho Makino, Masaru Yagura, Shizuko Endo, Sachiko Muramatsu, Hiroshi Itou
  • 学会等名: 10th 3R international symposium
  • 発表場所: Matsue, Japan
  • 年月日: 2016-11-13
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Biochemical analysis of the pausing of the eukaryotic replicative helices, CMG complex (2016)
  • 著者名/発表者名: HIZUME, Kohji, Endo, Shizuko, Muramatsu, Ikuko, Kobayashi, Takehiko, ARAKI Hiroyuki
  • 学会等名: 10th 3R International Symposium
  • 発表場所: Matsue, Japan
  • 年月日: 2016-11-13
  • 国際学会
• [学会発表] 出芽酵母のDNA複製開始複合体の形成機構 (2016)
  • 著者名/発表者名: 荒木弘之、矢倉勝、牧野仁志穂、遠藤静子、村松佐知子、日詰光治、田中誠司
  • 学会等名: 第８９回日本生化学会
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 2016-09-25
  • 招待講演
• [学会発表] Molecular mechanism of eukaryotic DNA replication (2016)
  • 著者名/発表者名: Araki, H.
  • 学会等名: Gordon Research Conference: Genomic instability
  • 発表場所: Hongkong
  • 年月日: 2016-07-24
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Bidirectional initiation of chromosomal DNA replication in budding yeast (2016)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Araki, Nishiho Makino, Masaru Yagura, Sachiko Muramatsu, Shizuko Endo, Hiroshi Itou
  • 学会等名: The 2016 Cold Spring Harbor Asia Conference: DNA metabolism, genomic stability and diseases
  • 発表場所: Suzhou, China
  • 年月日: 2016-06-13
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 真核生物複製ヘリカーゼCMG複合体のクロマチン基質に対する活性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 日詰光治、矢倉勝、遠藤静子、荒木 弘之
  • 学会等名: 第３８回日本分子生物学会
  • 発表場所: 神戸
  • 年月日: 2015-12-01
• [学会発表] 出芽酵母の複製開始複合体の形成機構 (2015)
  • 著者名/発表者名: 矢倉勝、牧野仁志穂、伊藤啓、村松佐知子、日詰光治、田中尚美、田中誠司、荒木弘之
  • 学会等名: 第３８回日本分子生物学会
  • 発表場所: 神戸
  • 年月日: 2015-12-01
  • 招待講演
• [学会発表] Bidirectional initiation of chromosomal DNA replication in budding yeast (2015)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Araki, Hiroshi Itou, Nishiho Makino, Masaru Yagura, Shizuko Endo, Sachiko Muramatsu
  • 学会等名: 2015 Cold Spring Harbor Meeting on "Eukaryotic DNA replication & genome maintenance"
  • 発表場所: Cold Spring Harbor, NY, USA
  • 年月日: 2015-09-01
  • 国際学会
• [学会発表] Nucleosome on helices activity of CMG complex (2015)
  • 著者名/発表者名: Kohji Hizume, Shizuko Endo, Hiroyuki Araki
  • 学会等名: 2015 Cold Spring Harbor Meeting on "Eukaryotic DNA replication & genome maintenance"
  • 発表場所: Cold Spring Harbor, NY, USA
  • 年月日: 2015-09-01
  • 国際学会
• [図書] DNA replication, recombination, and repair (2016)
  • 著者名/発表者名: Araki H. Hanaoka F, Sugasawa, K. 他
  • 総ページ数: 555
  • 出版者: Springer Japan
• [図書] The initiation of DNA replication in eukaryotes (2016)
  • 著者名/発表者名: Tanaka S, Araki, H, Kaplan, DL. 他
  • 総ページ数: 563
  • 出版者: Springer International Publishing