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ゲノムDNAの相同組換え修復で働くSMCタンパク質の分子メカニズムの解析

研究課題

研究課題/領域番号 19K06615
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分43050:ゲノム生物学関連
研究機関学習院大学

研究代表者

毛谷村 賢司  学習院大学, 理学部, 研究員 (70464386)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2020-03-31
研究課題ステータス 中途終了 (2019年度)
配分額 *注記
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2021年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
2020年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2019年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
キーワード二本鎖DNA切断修復 / 相同組換え / SMCファミリー / ゲノムDNA / DNA修復 / SMCタンパク質
研究開始時の研究の概要

ゲノムDNAの二本鎖切断は、突然変異やゲノム不安定性、細胞死などを引き起こす。生物種間で保存される相同組換え反応は、このような重篤なDNA損傷を誤りなく修復することができる極めて重要なDNA修復機構である。近年、この相同組換え修復に染色体DNA構造の維持に関与するファミリータンパク質(SMCタンパク質)が重要な役割を果たしていることが示唆されているものの、その分子メカニズムはよくわかっていない。本研究では、大腸菌の相同組換え修復に関与するSMCタンパク質の生化学的解析を中心に行い、相同組換え修復におけるその分子機能を明らかにする。

研究実績の概要

二本鎖DNAの切断によるゲノムDNAの不安定化は、細胞死や遺伝子変異を誘発し、ヒトでは老化やがん化、様々な遺伝子疾患の原因になっている。DNA相同組換えは、DNA切断を誤りなく修復することができるため、ゲノムDNAの安定性を維持する上で重要なDNA修復反応である。この反応において、SMCタンパク質によるDNA構造の制御が重要であるが、その分子メカニズムはよくわかっていない。本研究では、大腸菌の相同組換え修復に関与し、かつSMCファミリーに属するRecNの分子機能を明らかすることで、相同組換え反応におけるSMCタンパク質の分子基盤の確立を目指した。RecNのDNA結合活性について詳細に解析した結果、RecNは二本鎖DNAよりも一本鎖DNAに結合し易いことがわかった。また、RecNはリング様構造を形成し、その中空にDNAを通すことでDNA上をスライディングすることが示唆された。さらに、このスライディング活性は、RecAリコンビナーゼの一本鎖DNA結合により抑制されることがわかった。これらのことから、RecNはDNA上にロードした後、RecAを介してDNA切断末端に集積することが考えられ、細胞内における動態と矛盾しないものであった。次に、一本鎖DNAに結合したRecNについて解析した結果、このRecNは、ATP依存的に二本鎖DNAとも結合可能であることがわかり、この活性は、RecAに依存して起こる相同なDNA鎖同士の対合の促進に機能することが示唆された。以上の成果をまとめ、RecNが相同な二つのDNA分子を近接させることで、RecAによる相同組換えの初期反応を促進するモデルを提唱し、学術論文として発表した(Commun. Biol., 2019)。

報告書

(1件)
  • 2019 実績報告書
  • 研究成果

    (13件)

すべて 2020 2019 その他

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (10件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Topological DNA binding of SMC-like RecN promotes RecA-mediated DNA double-strand break repair2019

    • 著者名/発表者名
      Keyamura, K., Hishida, T.
    • 雑誌名

      Communications Biology

      巻: 2 号: 1 ページ: 413-413

    • DOI

      10.1038/s42003-019-0655-4

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Monitoring of DNA Replication and DNA Double Strand Breaks in Saccharomyces cerevisiae by Pulsed-Field Gel Electrophoresis2019

    • 著者名/発表者名
      Keyamura, K., Hishida, T.
    • 雑誌名

      Methods Mol. Biol.

      巻: 2119 ページ: 123-133

    • DOI

      10.1007/978-1-0716-0323-9_11

    • ISBN
      9781071603222, 9781071603239
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] DNA二本鎖切断修復におけるNatB複合体の機能解析2020

    • 著者名/発表者名
      菅谷 夏希、田中 紫苑、毛谷村 賢司、菱田 卓
    • 学会等名
      第2回日本遺伝学会春季大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Mec1変異体ライブラリー作製の実験系の構築2020

    • 著者名/発表者名
      清水 雅斗、毛谷村 賢司、菱田 卓
    • 学会等名
      第2回日本遺伝学会春季大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] DNA二本鎖切断修復に関与するRecN SMC様タンパク質の機能解析2019

    • 著者名/発表者名
      毛谷村 賢司、仁木 杏樹、菱田 卓
    • 学会等名
      第16回21世紀大腸菌研究会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] DNA二本鎖切断修復における核様体動態制御機構の解析2019

    • 著者名/発表者名
      毛谷村 賢司、仁木 杏樹、菱田 卓
    • 学会等名
      第91回日本遺伝学会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 慢性的低線量率紫外線環境下におけるNER欠損株の損傷ストレス耐性メカニズムの解析2019

    • 著者名/発表者名
      芝田 眞菜、毛谷村 賢司、菱田 卓
    • 学会等名
      第91回日本遺伝学会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] DNA損傷ストレスの耐性獲得に関与する代謝機能調節の解析2019

    • 著者名/発表者名
      相澤 美貴、毛谷村 賢司、菱田 卓
    • 学会等名
      第91回日本遺伝学会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 大腸菌RecNはDSB修復における核様体の動態制御に関与する2019

    • 著者名/発表者名
      仁木 杏樹、毛谷村 賢司、菱田 卓
    • 学会等名
      第25回DNA複製・組換え・修復ワークショップ
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] DNA損傷ストレス応答の制御に関与するヌクレオソーム領域の同定と解析2019

    • 著者名/発表者名
      林 匡史、吉田 麻美、毛谷村 賢司、菱田 卓
    • 学会等名
      第25回DNA複製・組換え・修復ワークショップ
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 出芽酵母を用いたタウリン酸化キナーゼの同定とその解析2019

    • 著者名/発表者名
      野田 俊輔、毛谷村 賢司、添田 義行、高島 明彦、菱田 卓
    • 学会等名
      第42回日本分子生物学会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 大腸菌RecNによる核様体構造の維持機構の解析2019

    • 著者名/発表者名
      仁木 杏樹、毛谷村 賢司、菱田 卓
    • 学会等名
      第42回日本分子生物学会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [備考] 学習院大学理学部生命科学科 分子生物学研究室ホームページ

    • URL

      https://www.univ.gakushuin.ac.jp/sci/bio/laboratory/detail-hishida/

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書

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公開日: 2019-04-18   更新日: 2021-01-27  

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