哺乳類細胞における損傷乗り越えDNA複製の分子機構

• 研究課題/領域番号: 12143204
• 研究種目: 特定領域研究
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 生物系
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 益谷 央豪 大阪大学, 大学院・生命機能研究科, 助教授 (40241252)
• 研究期間 (年度): 2000 – 2004
• 研究課題ステータス: 完了 (2004年度)
• 配分額: 31,100千円 (直接経費: 31,100千円); 2004年度: 7,300千円 (直接経費: 7,300千円); 2003年度: 7,300千円 (直接経費: 7,300千円); 2002年度: 8,300千円 (直接経費: 8,300千円); 2001年度: 8,200千円 (直接経費: 8,200千円)
• キーワード: 色素性乾皮症バリアント / 損傷乗り越えDNA複製 / DNAポリメラーゼ / DNA損傷 / 突然変異 / 色素性乾皮症 / XPV / translesion synthesis / DNA polymerase η / DNA polymeraseι / DNAポリメラーゼη / 忠実度

研究概要

高発癌性の遺伝疾患のひとつである色素性乾皮症バリアント(XP-V)群の患者では、損傷DNAの複製機構に異常がある。本申請者は、XPV責任遺伝子産物であるDNAポリメラーゼηを同定し、これが、紫外線損傷DNAを鋳型として複製を行えるDNA合成酵素であることを明らかにし、ヒトにおける損傷DNAに対する防御機構のひとつとして損傷乗り越えDNA複製機構が重要な役割を担っていることを明らかにし、損傷乗り越えDNA複製研究という分野を切り開いてきた。これまでの研究の中で、本分野における重要な問題点として、DNAポリメラーゼηによるDNA合成の忠実度は本質的に低いものであり、その反応を損傷DNAの乗り越え複製に限局するメカニズムがあるであろうこと、また、DNAポリメラーゼηと類似したDNAポリメラーゼが複数存在し、これらを制御するメカニズムがあるであろうことなどを示してきた。本年度は、特に、これらの問題点に対して顕著な成果を挙げた。具体的には、DNAポリメラーゼηのDNA結合能について解析を行い、DNAポリメラーゼηが損傷に対して正しいヌクレオチドを重合することによりDNAポリメラーゼηとDNAとの結合が安定化されること、この安定化は重合されたヌクレオチドが正しい場合にのみ認められ、誤ったヌクレオチドを重合した場合には認められないこと、また、この安定化は、損傷を通過して二つ目のヌクレオチドを重合するまで維持されること、そして、このふたつめのヌクレオチドが重合されることにより複製型のDNAポリメラーゼが伸長反応を行えるようになることを示した。これらの結果より、DNAポリメラーゼη自身のDNA結合能により、DNAポリメラーゼηの反応が必要最小限に限定されていることが示された。一方で、DNAポリメラーゼηと他のタンパク質問の相互作用について検討し、DNAポリメラーゼηとREV1との間に物理的な相互作用を見出した。REV1はDNAポリメラーゼηと同じくYファミリーに分類されるDNA合成酵素であり、この相互作用が損傷乗り越えDNAポリメラーゼの使い分けにおいて重要と考えられる。

研究成果

• [雑誌論文] Palm mutants in DNA polymerases α and η alter DNA replication fidelity and translesion activity. (2004)
  • 著者名/発表者名: Niimi, A., et al.
  • 雑誌名: Molecular and Cellular Biology 24 ページ: 2734-2746
• [雑誌論文] Chemical synthesis and translesion replication of a cis-syn cyclobutane thymine-uracil dimer. (2004)
  • 著者名/発表者名: Takasawa, K., Masutani, C., et al.
  • 雑誌名: Nucleic Acids Research 32 ページ: 1738-1745
• [雑誌論文] Translesion synthesis past estrogen-derived DNA adducts by human DNA polymerases η and κ. (2004)
  • 著者名/発表者名: Suzuki, N., et al.
  • 雑誌名: Biochemistry 43 ページ: 6304-6311
• [雑誌論文] Interaction of hREVl with three human Y-family DNA polymerases. (2004)
  • 著者名/発表者名: Ohashi, E., et al.
  • 雑誌名: Genes to Cells 9 ページ: 523-531
• [雑誌論文] High-efficiency bypass of DNA damage by human DNA polymerase Q. (2004)
  • 著者名/発表者名: Seki, M., Masutani, C., et al.
  • 雑誌名: EMBO Journal 23 ページ: 4484-4494
• [雑誌論文] DNA binding properties of human DNA polymerase η : Implication for polymerase switching. (2004)
  • 著者名/発表者名: Kusurnoto, R., Masutani, C., et al.
  • 雑誌名: Genes to Cells 9 ページ: 1139-1150
• [文献書誌] Shimizu, M., et al.: "Erroneous incorporation of oxidized DNA precursors by Y-family DNA polymerases."EMBO Reports. 4. 269-273 (2003)
• [文献書誌] McDonald, J.P., et al.: "129-derived strains of mice are deficient in DNA polymerase ι and have normal immunoglobulin hypermutation."J.Exp.Med.. 198. 635-643 (2003)
• [文献書誌] Jaloszynski, P., Masutani, C., et al.: "8-Hydroxyguanine in a mutational hotspot of c-Ha-ras gene causes misreplication, "action-at-a-distance" mutagenesis and inhibition of replication."Nucleic Acids Res.. 31. 6085-6095 (2003)
• [文献書誌] Higurashi, M., et al.: "Identification and characterization of an intermediate in the alkali degradation of (6-4) photoproduct-containing DNA"J.Biol.Chem.. 278. 51968-51973 (2003)
• [文献書誌] Bassett, E., et al.: "Efficiency of extension of mismatched primer termini across from cisplatin and oxaliplatin adducts by human DNA polymerases β and η in vitro."Biochemistry. 42. 14197-14206 (2003)
• [文献書誌] Niimi, A., et al.: "Palm residue mutants in DNA polymerases α and η alter DNA replication fidelity and translesion activity."Mol.Cell.Biol.. (In press).
• [文献書誌] Shimizu, M., et al.: "Erroneous incorporation of oxidized DNA precursors by Y-family DNA polymerases"EMBO Reports. 4. 269-273 (2003)
• [文献書誌] Bassett, E., et al.: "Frameshifts and deletions during in vitro translesion synthesis past Pt-DNA adducts by DNA polymerase β and η"DNA Repair. 1. 1003-1016 (2002)
• [文献書誌] Yamada, A., et al.: "Detection of reduced RNA synthesis in UV-irradiated Cockayne syndrome group B cells using an isolated nuclear system"Biochim.Biophys.Acta. 1592. 129-134 (2002)
• [文献書誌] Uchida, A., et al.: "The carboxy-terminal domain of the XPC protein plays a crucial role in nucleotide excision repair through interactions with transcription factor IIH"DNA Repair. 1. 449-461 (2002)
• [文献書誌] Kusumoto, R., et al.: "Translesion synthesis by human DNA polymerase η across thymine glycol lesions"Biochemistry. 41. 6090-6099 (2002)
• [文献書誌] Chiapperino, D., et al.: "Preferential misincorporation of purine nucleotides by human DNA polymerase η opposite benzo[a]pyrene 7,8-diol 9,10-epoxide deoxyguanosine adducts"J.Biol.Chem.. 277. 11765-11771 (2002)
• [文献書誌] Chiapperino, D. et al.: "Preferential misinocorporation of purine nucleotides by human DNA polymerase η opposite benzo[a]pyrene 7.8-diol 9.10-epoxide deoxyguanosine adducts"J.Biol.Chem.. (in press). (2002)
• [文献書誌] Broughton, B.C. et al.: "Molecular analysis of mutations in DNA polymerase of in xeroderma pigmentosum variant patients"Proc.Natl.Acad.Sci.USA. 99. 815-820 (2002)
• [文献書誌] Kuraoka, I. et al.: "Oxygen free-radical damage to DNA : translesion synthesis by human DNA polymerase η and resistance to exonuclease action at cyclopurine deoxynucleaside residues"J.Biol.Chem.. 276. 49283-49288 (2001)
• [文献書誌] Matsuda, T. et al.: "Error rate and specificity of human and murin DNA polymerase η"J.Mol.Biol.. 312. 335-346 (2001)
• [文献書誌] Levine, R.L. et al.: "Translesion DNA synthesis catalyzed by human pol η and pol κ across 1,N^6-ethenodeoxyadenosine"J.Biol.Chem.. 276. 18717-18721 (2001)
• [文献書誌] Araki, M. et al.: "Centrosome protein centrin 2/caltractin 1 is part of the xeroderma pigmentosum group C complex that initiates global genome nucleotide excision repair"J.Biol.Chem.. 276. 18665-18672 (2001)
• [文献書誌] Ishikawa, T. et al.: "Mutagenic and non-mutagenic bypass of DNA lesions by Drasophila DNA polymerases dpolη and dpol i"J.Biol.Chem.. 276. 15155-15163 (2001)
• [文献書誌] Ura, K.et al.: "ATP-dependent chromatin remodeling facilitates nucleotide excision repair of UV-induced DNA lesions in synthetic dinucleosomes"EMBO J.. 20. 2004-2014 (2001)
• [文献書誌] Kusumoto, R. et al.: "Diversity of the damage recognition step in the global genomic nucleotide exicision repair in vitro"Mutation Res.. 485. 219-227 (2001)
• [文献書誌] Sugasawa, K. et al.: "A multistep damage recognition mechanism for global genomic nucleotide excision repair"Genes Dev.. 15. 507-521 (2001)
• [文献書誌] Bebenck, K. et al.: "Proofreading of DNA polymerase η-dependent replication errors"J.Biol.Chem.. 276. 2317-2320 (2001)
• [文献書誌] Araki,M. et al.: "Reconstitution of damage DNA excision reaction from SV40 minichromosomes with purified nucleotide excision repair proteins."Mutation Research. 459. 147-160 (2000)
• [文献書誌] Yokoi,M. et al.: "The xeroderma pigmentosum group C protein complex XPC-HR23B plays an important role in the recruitment of TFIIH to damaged DNA."J.Biological Chemistry. 275. 9870-9875 (2000)
• [文献書誌] Vaisman,A. et al.: "Efficient translesion replication past oxaliplatin and cisplatin GpG adducts by human DNA polymerase η."Biochemistry. 39. 4575-4580 (2000)
• [文献書誌] Matsuda,T. et al.: "Low fidelity DNA synthesis by human DNA polymerase η."Nature. 404. 1011-1013 (2000)
• [文献書誌] Watanabe,Y.et al.: "Modulation of TFIIH-associated kinase activity by complex formation and its relationship with CTD phosphorylation of RNA polymerase II."Genes to Cells. 5. 407-423 (2000)
• [文献書誌] Masutani,C. et al.: "Mechanisms of accurate translesion synthesis by human DNA polymerase η."EMBO J.. 19. 3100-3109 (2000)
• [文献書誌] Yamada,A. et al.: "Complementation of defective translesion synthesis and ultraviolet light sensitivity in xeroderma pigmentosum variant cells by human and mouse DNA polymerase η."Nucleic Acids Research. 28. 2473-2480 (2000)
• [文献書誌] Ohashi,E. et al.: "Erron-prone bypass of certain DNA lesions by the human DNA polymerase κ."Genes and Development. 14. 1589-1594 (2000)
• [文献書誌] Miao,F. et al.: "3-methyladenine-DNA glycosylase (MPG protein) interacts with human RAD23 proteins"J.Biological Chemistry. 275. 28433-28438 (2000)
• [文献書誌] Yuasa,M. et al.: "Genomic structure, chromosomal localization and identification of mutations in the xeroderma pigmentosum variant (XPV) gene."Oncogene. 19. 4721-4728 (2000)
• [文献書誌] Bebenek,K. et al.: "Proofreading of DNA polymerase η-dependent replication errors."J.Biological Chemistry. 276. 2317-2320 (2001)
• [文献書誌] Sugasawa,K. et al.: "A multistep damage recognition mechanism for global genomic nucleotide excision repair."Genes and Development. 15. 507-521 (2001)
• [文献書誌] Kusumoto,R. et al.: "Diversity of the damage recognition step in the global genomic nucleotide excision repair in vitro."Mutation Research. 485. 219-227 (2001)
• [文献書誌] Ishikawa,T. et al.: "Mutagenic and non-mutagenic bypass of DNA lesions by Drosophila DNA polymerases dpal η and dpoli."J.Biological Chemistry. (in press). (2001)
• [文献書誌] Araki,M. et al.: "Centrosame protein centrin Z/cottractin 1 is part of the xeroderma pigmentosum group C complex that initiates global genome nucleotide excision repair."J.Biological Chemistry. (in press). (2001)
• [文献書誌] Ura,K. et al.: "ATP-dependent chromatin remodeling facilitates nucleotide excision repair of UV-induced DNA lesions in synthetic dinucleosomes."EMBO J.. (in press). (2001)
• [文献書誌] Levine,R.L. et al.: "Translesion DNA synthesis catalized by human pol ηand polκ across 1.N^6-ethenodeoxyadenosine."J.Biological Chemistry. (in press). (2001)