相同ＤＮＡ組換え開始自在制御による新規ゲノム多様化機構の検証と標的組換えの実現

• 研究課題/領域番号: 22247002
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 遺伝・ゲノム動態
• 研究機関: 独立行政法人理化学研究所
• 研究代表者: 柴田 武彦 独立行政法人理化学研究所, その他部局等, 研究員 (70087550)
• 研究分担者: 美川 務 理化学研究所, 生命システム研究センター, 専任研究員 (20321820) ; 草野 好司 明治大学, 研究知財戦略機構, 研究推進員(客員研究員) (70336098) ; 新井 直人 日本大学, 生物資源科学部, 講師 (70297795)
• 研究期間 (年度): 2010-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 42,770千円 (直接経費: 32,900千円、間接経費: 9,870千円); 2014年度: 8,320千円 (直接経費: 6,400千円、間接経費: 1,920千円); 2013年度: 8,320千円 (直接経費: 6,400千円、間接経費: 1,920千円); 2012年度: 8,320千円 (直接経費: 6,400千円、間接経費: 1,920千円); 2011年度: 8,320千円 (直接経費: 6,400千円、間接経費: 1,920千円); 2010年度: 9,490千円 (直接経費: 7,300千円、間接経費: 2,190千円)
• キーワード: ゲノム構築 / ゲノム再編 / ゲノム維持 / 遺伝的多様化 / 二本鎖切断修復 / 経路選択 / RecA/Rad51 / ゲノム / 遺伝子 / 蛋白質 / 酵素 / バイオテクノロジー / 相同DNA組換え / 二本鎖切断 / 減数分裂期組換え / 体細胞組換え / 植物 / 酵母 / DNA二本鎖切断 / ゲノム構築・再編 / 遺伝子多様性 / 減数分裂 / 相同組換え / 蛋白質創出

研究成果の概要

相同DNA組換えは二本鎖切断とその修復経路選択で制御される。SPO11組換え開始蛋白質と、RecA/Rad51組換え酵素に注目し、(1) 新バイオアッセイ系でイネとシロイヌナズナのSpo11自身がもつ二本鎖切断活性を同定した。(2) Rad51に結合するSrs2 DNA融解酵素の経路選択機能を明らかにした。(3) Rad51の非相同末端結合関与という意外な成果を得た。(4) RecA自身の機能制御機構を明らかにした。標的組換えと標的変異を自在に操る可能へ一歩近づいた。

研究成果

• [雑誌論文] Loop L1 governs the DNA-binding specificity and order for RecA-catalyzed reactions in homologous recombination and DNA repair (2015)
  • 著者名/発表者名: Shinohara, T., Ikawa, S., Iwasaki, W., Hiraki, T., Hikima, T., Mikawa, T., Arai, N., Kamiya, N. and Shibata, T.
  • 雑誌名: Nucleic acids research 巻: 43 号: 2 ページ: 973-986
  • DOI: 10.1093/nar/gku1364
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Functional analyses of the C terminal half of the Saccharomyces cerevisiae Rad52 protein (2014)
  • 著者名/発表者名: Kagawa, W., Arai, N., Ichikawa, Y., Saito, K., Sugiyama, S., Saotome, M., Shibata, T. and Kurumizaka, H.
  • 雑誌名: Nucleic Acids Res 巻: 42 号: 2 ページ: 941-951
  • DOI: 10.1093/nar/gkt986
  • 査読あり
• [雑誌論文] A visible assay for meiotic homologous recombination in pollens of rice (2014)
  • 著者名/発表者名: Shingu, Y., Kanno, Y., Tokai, T., Shibata, T. and Wakasa, K.
  • 雑誌名: Ｐｌａｎｔ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ 巻: 31 号: 1 ページ: 55-59
  • DOI: 10.5511/plantbiotechnology.13.1121a
  • NAID: 130003382509
  • ISSN: 1342-4580, 1347-6114
  • 査読あり
• [雑誌論文] Homologous pairing activities of two rice RAD51 proteins, RAD51A1 and RAD51A2 (2013)
  • 著者名/発表者名: Morozumi, Y., Ino, R., Ikawa, S., Mimida, N., Shimizu, T., Toki, S., Ichikawa, H., Shibata, T. and Kurumizaka, H.
  • 雑誌名: PLoS ONE 巻: 8 号: 10 ページ: e75451-e75451
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0075451
  • 査読あり
• [雑誌論文] Putative antirecombinase Srs2 DNA helicase promotes noncrossover homologous recombination avoiding loss of heterozygosity (2013)
  • 著者名/発表者名: Miura, T., Shibata, T. and Kusano, K.
  • 雑誌名: Proc Natl Acad Sci USA 巻: 110 号: 40 ページ: 16067-16072
  • DOI: 10.1073/pnas.1303111110
  • 査読あり
• [雑誌論文] Use of Native Gels to Measure Protein Binding to SSB (2012)
  • 著者名/発表者名: Inoue, J.
  • 雑誌名: Methods Mol Biol 巻: 922 ページ: 175-182
  • DOI: 10.1007/978-1-62703-032-8_13
  • ISBN: 9781627030311, 9781627030328
  • 査読あり
• [雑誌論文] RecQ5 interacts with Rad51 and is involved in resistance of Drosophila to cisplatin treatment (2012)
  • 著者名/発表者名: Maruyama, S
  • 雑誌名: Biol. Pharm. Bull. 巻: 35 ページ: 2017-2022
  • 査読あり
• [雑誌論文] The double-stranded break-forming activity of plant SPO11s and a novel rice SPO11 revealed by a Drosophila bioassay (2012)
  • 著者名/発表者名: Yoshinori Shingu
  • 雑誌名: BMC molecular biology 巻: 13 号: 1 ページ: 1-1
  • 総ページ数: 16
  • DOI: 10.1186/1471-2199-13-1
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enlightenment of yeast mitochondrial homoplasmy : diversified roles of gene conversion (2011)
  • 著者名/発表者名: Ling, Feng
  • 雑誌名: Genes 巻: 2 ページ: 169-190
  • 査読あり
• [雑誌論文] A DNA-binding surface of SPO11-1, an Arabidopsis SPO11 orthologue required for normal meiosis (2010)
  • 著者名/発表者名: Shingu, Yoshinori
  • 雑誌名: FEBS Journal 巻: 277 ページ: 2360-2374
  • 査読あり
• [雑誌論文] 相同DNA組換えの機構理解から新規蛋白質創出へ (2010)
  • 著者名/発表者名: 柴田武彦
  • 雑誌名: 酸素工学ニュース 巻: 63 ページ: 16-22
  • 査読あり
• [学会発表] RecAのLI-loop領域でのDNA結合選択が、相同組換えやDNA修復を制御する (2014)
  • 著者名/発表者名: 篠原 赳, 井川 しゅく子, 岩崎 わかな, 美川 務, 新井 直人, 柴田 武彦
  • 学会等名: 第37回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2014-11-26
• [学会発表] 重合体形成を欠損したrad51-F144AのDNA結合について (2014)
  • 著者名/発表者名: 鎮目 恭平, 新井 直人, 新宮 良宣, 美川 務, 柴田 武彦
  • 学会等名: 第37回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2014-11-26
• [学会発表] 組換え活性を向上させたRecA変異体を利用した高精度なPCR (2014)
  • 著者名/発表者名: 篠原 赳、飯倉 ゆかり、重森 康司、柴田 武彦、美川 務
  • 学会等名: 第37回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2014-11-26
• [学会発表] Dimer of a C-terminal deletion mutant of RecA conserves recombinase-activity, and the recombinase activity is enhanced by dATP (2014)
  • 著者名/発表者名: 飯倉ゆかり, 篠原赳, 笠置原央, 山口祐樹, 岩崎わかな, 柴田武彦, 美川務
  • 学会等名: 第37回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2014-11-25
• [学会発表] Selection of DNA in binding to RecA by its Li-loop resion regulates homologous recombination and DNA repair (2014)
  • 著者名/発表者名: Shinohara, T., Ikawa, S., Iwasaki, W., Mikawa, T., Arai, N. and Shibata, T.
  • 学会等名: The 9th 3R Symposium
  • 発表場所: Gotenba, Shizuoka, Japan
  • 年月日: 2014-11-17 – 2014-11-21
• [学会発表] RecAはE.coli/T4リガーゼのDNA末端結合活性をATP依存的に促進する (2014)
  • 著者名/発表者名: 此村 直人, 新井 直人, 井川 粛子, 柴田 武彦
  • 学会等名: 第87回日本生化学会大会
  • 発表場所: 京都
  • 年月日: 2014-11-16
• [学会発表] Purification and characterization of Thermus thermophilus UvrD (2013)
  • 著者名/発表者名: 飯倉 ゆかり, 柴田 武彦, 美川 務
  • 学会等名: 第3回モデル生物丸ごと一匹学会, 第12回丸ごと一匹プロジェクト連携研究会
  • 発表場所: 豊中市
• [学会発表] 栄養増殖細胞での制御されたDNA二重鎖切断による相同組換え開始の可能性 (2012)
  • 著者名/発表者名: 新宮 良宣
  • 学会等名: 第29回染色体ワークショップ
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 2012-01-25
• [学会発表] イネSPO11の新規共役因子の探索 (2012)
  • 著者名/発表者名: 大岩 利和
  • 学会等名: 第30回植物細胞分子生物学会 (生駒) 大会
  • 発表場所: 生駒市
• [学会発表] T. thermophilus由来組換えメディエーターの機能比較 (2012)
  • 著者名/発表者名: 篠原 赳
  • 学会等名: 第2回モデル生物丸ごと一匹学会/第11回丸ごと一匹プロジェクト連携研究会
  • 発表場所: 播磨
• [学会発表] Thermus thermophilus由来組換えメディエーターの分子機能解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 篠原 赳
  • 学会等名: 第35回分子生物学会年会
  • 発表場所: 福岡
• [学会発表] RecQ5 interacts with Rad51 and is involved in resistance of Drosophila against cisplatin treatment (2012)
  • 著者名/発表者名: 川崎 勝己
  • 学会等名: 第35回分子生物学会年会
  • 発表場所: 福岡
• [学会発表] RecA組換え酵素のL1ループの制御機能 (2012)
  • 著者名/発表者名: 柴田 武彦
  • 学会等名: 第30回染色体ワークショップ/第11回核ダイナミクス研究会
  • 発表場所: 淡路市
• [学会発表] バクテリアにおけるDNA組換え修復の制御機構 (2012)
  • 著者名/発表者名: 井上 仁
  • 学会等名: 第30回染色体ワークショップ/第11回核ダイナミクス研究会
  • 発表場所: 淡路市
• [学会発表] Functional analysis of Arabidopsis thaliana homologues of the Saccharomyces cerevisiae DNA repair enzyme Ntg1 (2011)
  • 著者名/発表者名: 此村 直人
  • 学会等名: 第34回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2011-12-13
• [学会発表] REC8遺伝子欠損時の相同組換え開始反応複合体形成の解析 (2011)
  • 著者名/発表者名: 久郷 和人
  • 学会等名: 第34回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2011-12-13
• [学会発表] Mitochondrial DNA homoplasmy as gene homogenization of repeated sequences by rolling circle replication (2010)
  • 著者名/発表者名: Takehiko Shibata
  • 学会等名: 7th Conference of Asian Society for Mitochondrial Research and Medicine and 10th Conference of Japanese Society of Mitochondrial Research and Medicine
  • 発表場所: 福岡県福岡市
  • 年月日: 2010-12-16
• [学会発表] RecA/Rad51ファミリーのフィラメント形成は相同DNA対合反応には必要ない (2010)
  • 著者名/発表者名: 増田ときは
  • 学会等名: 第33回日本分子生物学会年会・第83回日本生化学会大会(BMB2010)
  • 発表場所: 兵庫県神戸市
  • 年月日: 2010-12-07
• [学会発表] A mechanism of DNA homology search, based on the structure of DNA bound to proteins that promote homologous recombination (2010)
  • 著者名/発表者名: Tokiha Masuda
  • 学会等名: The 12th IUBMB (OzBio 2010) The Molecules of Life from Discovery to Biotechnology
  • 発表場所: Melbourne, Australia
  • 年月日: 2010-09-27
• [学会発表] イネの相同組換え開始酵素SPO11ホモログの解析 (2010)
  • 著者名/発表者名: 新宮良宣
  • 学会等名: 第28回日本植物細胞分子生物学会大会・シンポジウム
  • 発表場所: 宮城県仙台市
  • 年月日: 2010-09-02
• [学会発表] The universal DNA structure in homologous recombination (2010)
  • 著者名/発表者名: Tsutomu Mikawa
  • 学会等名: The 24th Annual Symposium of The Protien Society
  • 発表場所: San Diego, CA, USA
  • 年月日: 2010-08-03
• [学会発表] RecAはなぜフィラメントを形成する必要があるのか?-単量体及び二量体の活性をもとに- (2010)
  • 著者名/発表者名: 笠置原央
  • 学会等名: 第10回日本蛋白質科学会年会
  • 発表場所: 北海道札幌市
  • 年月日: 2010-06-17
• [学会発表] A novel rice SPO11 homologue, SPO11D, induces meiotic chromosme aberration and DNA double-stranded breaks in the fruit-fly (2010)
  • 著者名/発表者名: Yoshinori Shingu
  • 学会等名: EMBO Conference Series on Recombination & Connections to SUMO and Ubiquitin Modifications
  • 発表場所: Lucca, Italy
  • 年月日: 2010-05-19
• [学会発表] Bases of break-induced replication in mitochondrial genome dynamics (2010)
  • 著者名/発表者名: Takehiko Shibata
  • 学会等名: 57th NIBB Conference : The Dynamic Genome
  • 発表場所: 愛知県岡崎市
• [学会発表] 抗組換え酵素Srs2の新たな機能：非交差型の相同組換えを促進してヘテロ接合性の喪失を防ぐ
  • 著者名/発表者名: 草野 好司, 三浦 徹, 柴田 武彦
  • 学会等名: 第36回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: 神戸市
• [学会発表] RecA二量体蛋白質のNMRによる構造機能解析
  • 著者名/発表者名: 山口 祐樹, 飯倉 ゆかり, 井上 仁, 伊藤 隆, 柴田 武彦, 美川 務
  • 学会等名: 第36回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: 神戸市
• [学会発表] ゲノム不安定化防止に寄与するRecA組換え酵素のDNA結合順序決定機構
  • 著者名/発表者名: 柴田 武彦, 篠原 赳, 岩崎 わかな, 井川 粛子, 美川 務, 新井 直人
  • 学会等名: 第31回染色体ワークショップ・第12回核ダイナミクス研究会
  • 発表場所: 神戸市
• [学会発表] Arabidopsis thalianaのScNtg1ホモログであるAtNth1, AtNth2の持つN-グリコシラーゼ、APリアーゼ活性の機能について
  • 著者名/発表者名: 此村 直人, 新宮 良宣, 柴田 武彦
  • 学会等名: 第86回日本生化学会大会
  • 発表場所: 横浜
• [学会発表] C-terminal acidic region of Thermus thermophilus RecA play a role in dissociataion
  • 著者名/発表者名: 篠原 赳, 柴田 武彦, 美川 務
  • 学会等名: 第3回モデル生物丸ごと一匹学会, 第12回丸ごと一匹プロジェクト連携研究会
  • 発表場所: 豊中市
• [備考]
  • URL: http://www.riken.jp/r-world/research/lab/wako/shibata/index.html
• [備考] 理研
  • URL: http://www.riken.jp/r-world/research/lab/wako/shibata/index.html
• [備考] 市大
  • URL: http://www.tsurumi.yokohama-cu.ac.jp/mcp/index.html
• [産業財産権] Re c A組換え酵素および組換え活性をもっ蛋白質を用いた亘鎖二重鎖DN A多量体形成技術 (2014)
  • 発明者名: 柴田武彦、此村直人、新井直人
  • 権利者名: 柴田武彦、此村直人、新井直人
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2014-209498
  • 出願年月日: 2014-10-10
• [産業財産権] 変型の耐熱性ＲｅｃＡ蛋白質、該タンパク質をコードする核酸分子、該タンパク質を用いた核酸の増幅方法、及び核酸増幅用キット (2014)
  • 発明者名: 重森康司、柴田武彦、美川 務、篠原 赳、飯倉ゆかり
  • 権利者名: 重森康司、柴田武彦、美川 務、篠原 赳、飯倉ゆかり
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2014-07-24