DnaA複製開始活性を複製周期と共役して抑制する因子Hdaの機能制御メカニズム

• 研究課題/領域番号: 18770155
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 分子生物学
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 末次 正幸 九州大学, 薬学研究院, 助教 (00363341)
• 研究期間 (年度): 2006 – 2007
• 研究課題ステータス: 完了 (2007年度)
• 配分額: 3,700千円 (直接経費: 3,700千円); 2007年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円); 2006年度: 2,600千円 (直接経費: 2,600千円)
• キーワード: 大腸菌 / DNA複製

研究概要

染色体の複製開始反応は細胞周期中ただ1回のみ起こるよう厳密に制御されている。大腸菌DnaAはATP結合型で複製開始を引き起こす。DnaAに結合したATPは、DnaA不活性化因子HdaとDNA装着型クランプ(DNAポリメラーゼIIIβサブユニット)とに依存して加水分解され、不活性なADP結合型DnaAが産生する。このDnaA制御システムはRIDAと呼ばれ、重複複製を抑制するために必須である。本研究ではまず、hda翻訳がこれまで推測されていた開始コドン(GUG)よりも15コドン下流に位置するCUGから開始していることを見いだした。大腸菌において翻訳効率が著しく低いCUGを開始コドンとして利用している遺伝子はこれが初めてであり、Hdaの細胞内量が氏いことと関連していると思われる。同定した開始コドンより翻訳したHdaは高活性体として精製された。さらにdaは、ADP特異的に結合能を示し、ATPや他のヌクレオチドとは結合しないというユニークな性質を持っていた。ADP結合型Hdaは単量体として存在し、RIDA再構成系においてDnaA結合ATPの加水分解活性を示した。一方、DP非結合型HdaはRIDAに不活性なホモ多量体を形成した。DNA装着型クランプとの結合能はADP結合型、非結合型Hdaに関わらず見られたものの、続くDnaAとの相互作用にはADP結合型Hdaが必要であった。おそらく、DP結合によるHdaの活性化には、モノマー化によるDnaA相互作用部位の露出が関与していると考えられる。さらに我々は細胞内においてもHdaがADP結合型として存在していること、またADP結合がHdaの細胞内機能に重であることを見いだした。以上の結果はHdaがADP結合1解離を通してDnaA不活性化システムの発動を制御するスイッチとして働く可能性を提唱するものである。

研究成果

• [雑誌論文] The interaction of DiaA and DnaA regulates the replication cycle in E.coli by directly promoting ATP DnaA-spcific initiation complexes (2007)
  • 著者名/発表者名: Keyamura, K・Fujikawa, N・Ishida T・Ozaki, S・Su'etsugu, M・Fujimitsu, K・Kagawa, W・Yokoyama, S・Kurumizaka, H・Katayama, T.
  • 雑誌名: Genes Dev. 21 ページ: 2083-99
  • 査読あり
• [雑誌論文] The exceptionally tight affinity of DnaA for ATP/ADP requires a unique aspartic acid residue in the AAA+ sensor 1 motif (2006)
  • 著者名/発表者名: Kawakami, H., Ozaki, S., Suzuki, S., Nakamura, K., Senriuchi, T., Su'etsugu, M., Fujimitsu, K., Katayama, T.
  • 雑誌名: Molecular Microbiology 62 ページ: 1310-1324
• [雑誌論文] An isolated Hda-clamp complex is functional in the regulatory inactivation of DnaA and DNA replication (2006)
  • 著者名/発表者名: Kawakami, H., Su'etsugu, M., Katayama, T.
  • 雑誌名: Journal of Structural Biology 156 ページ: 220-229
• [雑誌論文] Involvement of the Escherichia coli folate-binding protein YgfZ in RNA modification and regulation of chromosomal replication initiation (2006)
  • 著者名/発表者名: Ote, T., Hashimoto M., Ikeuchi, Y., Su'etsugu, M., Suzuki, T., Katayama, T., Kato, J.
  • 雑誌名: Molecular Microbiology 59 ページ: 265-275
• [雑誌論文] Reconstitution of in vitro inactivation and reactivation systems of DnaA protein for the control of chromosomal replication initiation in Escherichia coli. (2006)
  • 著者名/発表者名: Su'etsugu, M., Fujimitsu, K., Katayama, T.
  • 雑誌名: Proceedings of IEEE 2006 International Symposium on Micro-Nano Mechatronics and Human Science ページ: 361-364
• [学会発表] 大腸菌染色体の複製開始制御機構の発動メカニズム (2008)
  • 著者名/発表者名: 末次正幸、藤光和之、片山 勉
  • 学会等名: 特定領域『バイオ操作』第5回公開シンポジウム・ポスター
  • 発表場所: 法政大学
  • 年月日: 2008-03-07
• [学会発表] A novel initiation-stimulator DiaA directly promotes ATP-DnaA-specific initiation complexes in E. coli (2008)
  • 著者名/発表者名: Keyamura, K.・Fujikawa, N, ・Ishida, T.・Ozaki, S.・Su'etsugu, M.・Fujimitsu, K.・Kagawa, W.・Yokoyama, S.・Kurumizaka, H・Katayama, T.
  • 学会等名: Keysone Symposia in Molecular and Cellular Biology: DNA Replication and Recombination
  • 発表場所: Santa Fe, NM, USA
• [学会発表] 細胞周期進行と共役した大腸菌複製開始蛋白質DnaAの活性制御機構 (2007)
  • 著者名/発表者名: 末次正幸、藤光和之、片山 勉
  • 学会等名: 特定領域『バイオ操作』若手研究者第2回ワークショップ
  • 発表場所: 東京都小金井市
  • 年月日: 2007-07-20