ＤＮＡ複製におけるポリメラーゼ群の協調的機能のゲノム科学的解析

• 研究課題/領域番号: 16H06151
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: ゲノム生物学
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 大学 保一 東北大学, 学際科学フロンティア研究所, 助教 (80619875)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 27,430千円 (直接経費: 21,100千円、間接経費: 6,330千円); 2019年度: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円); 2018年度: 6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円); 2017年度: 6,890千円 (直接経費: 5,300千円、間接経費: 1,590千円); 2016年度: 8,970千円 (直接経費: 6,900千円、間接経費: 2,070千円)
• キーワード: DNA複製 / 突然変異 / DNAポリメラーゼ / ゲノム安定性 / ＤＮＡポリメラーゼ / ＤＮＡ複製 / ゲノムワイド解析

研究成果の概要

真核生物は１０種類以上のＤＮＡポリメラーゼを持つが，そのうち２種類が主にゲノム複製を担う．しかし，その他のＤＮＡポリメラーゼは複製に必要とされながらも，どのようにゲノム複製に関与するかは明らかではない．本研究は，分裂酵母における解析により，誤りがちなDNAポリメラーゼPolζが複製遅延領域のゲノム合成に関与し，その領域で突然変異が多い原因がPolζによることを示した．また，多細胞生物におけるDNAポリメラーゼ間での協調的機能の解析に向けて、酵母にて開発されたDNAポリメラーゼをゲノム科学的に解析する実験法を線虫，ヒト培養細胞に応用した．

研究成果の学術的意義や社会的意義

現在までに，ヒトを含めた多細胞生物では老化，がん化という細胞の変遷がゲノム情報の安定性へ影響することが示されてきた．がん細胞ではポリメラーゼ遺伝子に多くの変異が見つかるなど，その機能不全とがんにおけるゲノム不安定性との関連性が示唆され，同様に，老化した細胞においても複製ストレスを示すバイオマーカーが観察される．その過程でのＤＮＡ複製機構に起きる変遷を具体的に示す研究成果は乏しい状況であったが，本研究で開発された実験系を応用することにより，発がんや老化へ寄与する仕組みの解明へと大きく前進すると期待される．

研究成果

• [雑誌論文] Ubiquitination of DNA Damage-Stalled RNAPII Promotes Transcription-Coupled Repair (2020)
  • 著者名/発表者名: Nakazawa Y, Hara Y, Oka Y, Komine O, van den Heuvel D, Guo C, Daigaku Y, Isono M, He Y, Shimada M, Kato K, Jia N, Hashimoto S, Kotani Y, Miyoshi Y, Tanaka M, Sobue A, Mitsutake N, Suganami T, Masuda A, Ohno K, Nakada S, Mashimo T, Yamanaka K, Luijsterburg MS, Ogi T
  • 雑誌名: Cell 巻: 19 号: 6 ページ: 1228-1244
  • DOI: 10.1016/j.cell.2020.02.010
  • NAID: 120006871293
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Vital roles of PCNA K165 modification during C. elegans gametogenesis and embryogenesis (2019)
  • 著者名/発表者名: Shao Zhenhua、Niwa Shinsuke、Higashitani Atsushi、Daigaku Yasukazu
  • 雑誌名: DNA Repair 巻: 82 ページ: 102688-102688
  • DOI: 10.1016/j.dnarep.2019.102688
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spatial separation between replisome‐ and template‐induced replication stress signaling (2018)
  • 著者名/発表者名: Garcia‐Rodriguez Nrstor、Morawska Magdalena、Wong Ronald P、Daigaku Yasukazu、Ulrich Helle D
  • 雑誌名: The EMBO Journal 巻: 37 号: 9
  • DOI: 10.15252/embj.201798369
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] PCNA ubiquitylation ensures timely completion of unperturbed DNA replication in fission yeast. (2017)
  • 著者名/発表者名: Daigaku Y, Etheridge TJ, Nakazawa Y, Nakayama M, Watson AT, Miyabe I, Ogi T, Osborne MA, Carr AM.
  • 雑誌名: PLoS Genetics 巻: 13 号: 5 ページ: e1006789-e1006789
  • DOI: 10.1371/journal.pgen.1006789
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Global usage of replicative DNA polymerase in human cells (2019)
  • 著者名/発表者名: Fumiya Yoshifuji, Eri Koyanagii, Tomoo Ogi, Toyoaki Natsume, Masato Kanemaki, Yasukazu Daigaku
  • 学会等名: Cold Spring Harbor Laboratory Meeting "Eukaryotic DNA Replication & Genome Maintenance"
  • 国際学会
• [学会発表] ＤＮＡポリメラーゼ合成プロファイルを用いたヒト細胞における複製開始反応の定量的解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 吉藤郁弥,小柳恵理，荻朋男,夏目豊彰,鐘巻将人,大学保一
  • 学会等名: 日本遺伝学会９１回大会
• [学会発表] DNAポリメラーゼ機能から見るヒト細胞でのゲノム複製機構 (2019)
  • 著者名/発表者名: 小柳恵理，吉藤郁弥，荻朋男，夏目豊彰，鐘巻将人，大学保一
  • 学会等名: 第２５回DNA複製・組換え・修復ワークショップ
• [学会発表] ヒト細胞のおけるＤＮＡ複製動態の柔軟さ，危うさ (2019)
  • 著者名/発表者名: 小柳恵理，吉藤郁弥，大学保一
  • 学会等名: 第４２回分子生物学会年会
• [学会発表] DNAポリメラーゼ機能のゲノムプロファイルから見る染色体複製システム (2019)
  • 著者名/発表者名: 小柳恵理，吉藤郁弥，荻朋男，夏目豊彰，鐘巻将人，大学保一
  • 学会等名: 第３７回染色体ワークショップ
• [学会発表] 分裂酵母の複製フォークの動態から見る複製開始反応の確率的現象 (2018)
  • 著者名/発表者名: 大学保一
  • 学会等名: 日本遺伝学会第９０回大会
  • 招待講演
• [学会発表] Usage of error prone DNA polymerase during genome replication (2018)
  • 著者名/発表者名: Mayumi Nakayama, Ryoko Omi, Yasukazu Daigaku
  • 学会等名: 11th 3R+3C Symposium
  • 国際学会
• [学会発表] ゲノム科学的視点から見るＤＮＡポリメラーゼ機能の柔軟性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 大学保一、中山真由美
  • 学会等名: 第４１回分子生物学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] 複製フォーク動態のゲノム科学的解析から見る染色体複製 (2018)
  • 著者名/発表者名: 大学保一、吉藤郁弥、邵 震華
  • 学会等名: 第３６回染色体ワークショップ
• [学会発表] 染色体構造とＤＮＡ複製動態 -分裂酵母とヒト細胞の視点から- (2018)
  • 著者名/発表者名: 大学保一
  • 学会等名: 染色体研究の最前線
  • 招待講演
• [学会発表] DNA polymerase usage and mutagenesis (2018)
  • 著者名/発表者名: Yasukazu Daigaku
  • 学会等名: JSPS-DST Japan-India Forum for Advanced Study: Epigenetics and Human Disease
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Usage of error prone DNA polymerase during genome replication (2018)
  • 著者名/発表者名: 大学保一
  • 学会等名: 11th 3R+3C Symposium
  • 国際学会
• [学会発表] 複製クランプのユビキチ化によるDNA複製機構の メンテナス (2016)
  • 著者名/発表者名: 大学保一
  • 学会等名: 日本遺伝学会第88回大会 プレナリーワークショップ
  • 招待講演
• [学会発表] 複製クランプPCNAの分子修飾のゲノム複製における役割 (2016)
  • 著者名/発表者名: 大学保一
  • 学会等名: 第39回日本分子生物学会年会
  • 招待講演