DNAトポイソメラーゼ機能の分子生物学的研究と癌化学療法への応用

1993 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 05151074
• 研究機関: 愛知県がんセンター
• 研究代表者: 安藤 俊夫 愛知県がんセンター, 生化学部, 部長 (20012693)
• 研究分担者: 河野 公俊 大分医科大学, 生化, 助教授 (00153479) ; 岡田 浩佑 広島大学, 医学部・病院, 助教授 (00034075) ; 加藤 潤一 東京大学, 医科学研究所, 助手 (10194820) ; 筒井 研 岡山大学, 医学部, 助教授 (70108158) ; 広瀬 進 国立遺伝研究所, 遺伝形質, 教授 (90022730)
• キーワード: DNAトポイソメラーゼ / CPT-11 / VP-16 / MST-16 / 核マトリックス / スーパーコイル化因子 / 薬剤耐性

研究概要

今年度はトポイソメラーゼ(トポ)IIの生理機能の解明に関し進展があった。トポIIの特異的阻害剤である抗癌剤MST-16(ICRF化合物)の細胞増殖に対する作用の解析からトポIIの必須な機能はM期における染色体の凝縮と分離のみにあり、他期におけるDNAの複製や転写においては他のトポと機能的相補をしていると思われる。トポIIalphaは生体組織では細胞分裂の盛んな組織のみに見いだされ(in situにおけるmRNA、抗体による酵素の検出により)、トポIIbetaは分裂終了後の組織にもほぼ一様に分布していた。それぞれの特異的な役割を示唆している。マウストポIIalpha、betaのcDNAがクローン化され、構造決定された。マウストポIIalphacDNAは酵母のトポII欠損株を相補した事を利用してマウストポIIalphaの温度感受性変異を分離した。また酵母における非相同的組換え検出系を初めて確立し、トポIIの関与、RAD52の関与を示した。複製、転写等のDNA代謝の場として重要視されている核マトリックスのin vitroにおける再構成系を確立した。これにより、核マトリックス上における遺伝子機能発現の分子機構をin vitroで解明できる手がかりを得た事になる。DNAの転写には超ラセン化等の高次構造が必須とされるが、それを導入するsupercoil化因子(SCF)のcDNAが、カイコ、ショウジョウバエ、ネマトーダ、マウスからそれぞれクローン化され、ショウジョウバエの発生過程では種々の組織で発現される事を示した。化学療法の分野では抗癌剤CPT-11-VP-16に対する獲得耐性の機構として(1)トポIとトポIIalphaの構造遺伝子の変異、(2)mRNAの発現量の低下、(3)薬剤の細胞内蓄積性の低下の3つの機構がある事が示された。(3)に関してはCPT-11に対しては膜電位差の低下により、又VP-16に対しては膜糖タンパクであるMRP(MDRI Related Protein)の過剰発現による事が示された。これに対して、いわゆる自然耐性の機構に関してはなお不明な点が多い。

研究成果

• [文献書誌] Matsumoto,K.,Sugawara,I.,Takahashi,T.& Andoh,T.: "Injection of antitopoisomerase I IgG into nuclei of mouse 1929 cells leads to inhibition of transcription of exogeusly introduced SV40 large T antigen gene." Exptl.Cell Res.204. 6-10 (1993)
• [文献書誌] Koiwai,O.,Yasui,Y.,Sakai,Y.,Yanagihara,S.& Andoh,T.: "Cloning of the mouse cDNA encoding DNA topoisomerase I and chromosomal location of the gene." Gene. 125. 211-216 (1993)
• [文献書誌] Andoh,T.,Sato,M.,Narita,T.& Ishida,R.: "Role of DNA topoisomerase II in chromosome dynamics in mammalian cells." Biotechnol.Appl.Biochm.18. 168-174 (1993)
• [文献書誌] Roca,J.,Ishida,R.,Berger,J.M.,Andoh,T.and Wang,J.C.: "Antitumor bisdioxpiperazines inhbit yeast DNA topoisomerase II by trapping the enzyme in the form of a closed protein clump." Proc.Natl.Acad.Sci.USA.91. 1781-1785 (1994)
• [文献書誌] Tabuchi,H.,Handa,H.and Hirose,S.: "Underwinding of DNA on binding of yeast TFIID to the TATA element." Biochem.Biophys.Res.Commun.192. 1432-1438 (1993)
• [文献書誌] Tsutsui,K.,Tsutsui,K.,Okada,S.,Seki,S.,Yasuda,T.et.al.: "Identification and characterization of a nuclear scaffbld protein that binds the matrix attachment region DNA." J.Biol.Chem.268. 12886-12894 (1993)
• [文献書誌] Tsutsui,K.,Tsutsui,K.,Okada,S.,Watanabe,M.,Shohmori,T.et.al.: "Molecular cloning of partial cDNA for rat DNA topoisomerase II isoforms and their differential expression in brain development." J.Biol.Chem.268. 19076-19083 (1993)
• [文献書誌] Kato,J.,Suzuki,H.and Ikeda.H: "Purification and characterization of DNA topoisomerase IV in Escher ichia coli." J.Biol.Chem.267. 25676-25684 (1992)
• [文献書誌] Kato,J.and Ikeda,H.: "Purification and characterization of DNA topoisomerase IV in Escher ichia coli." Molecular Biology of DNA Topoisomerase and Its Application to Chemotherapy. 31-37 (1993)
• [文献書誌] Andoh,T.,Ikeda,H.,Oguro,M.,: "Molecular Biology of DNA Topoisomerases and Its Application to Chemotherapy" CRC Press,Inc.,Boca Raton,USA., 377 (1993)