ゲノムの流動性をもたらす利己的遺伝子系

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11149204
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 小林 一三 東京大学, 医科学研究所, 助教授 (30126057)
• キーワード: ゲノム進化 / 多様性 / ガノム再編 / 遺伝子組換え / 相同組換え / 制限酵素 / ゲノムメチル化

研究概要

A)染色体上の制限修飾遺伝子によってドライブされるゲノム再編
大腸菌染色体にPaeR7I制限修飾遺伝子を挿入し、これを形質導入での相同組み換えによって相同なDNAで置き換えようとした。このときにゲノムに起きる大規模なリアレンジメントの構造を、レアカッターによる制限分析、パルスフィールドゲル電気泳動、サザン法、インバースPCR、シークエンシングによって解析し、トランスポゾンIS3間の不等交差による染色体の大規模重複・逆位が起きていることを証明した。
枯草菌染色体にBamHI制限修飾遺伝子を挿入し、これを自然形質転換での相同組み換えによって相同なDNAで置き換える系で、制限修飾遺伝子による抵抗を検出した。
B)近緑細菌ゲノム配列の比較からの、制限修飾遺伝子による新しいゲノム多型形成の機構の発見
二つのピロリ菌全ゲノム中の制限修飾遺伝子を比較して、制限修飾遺伝子が水平伝達していることの証拠を得た。また、制限修飾遺伝子が関与するらしい「長い標的DNAの重複を伴う遺伝子挿入」という遺伝子伝達機構を発見した。それを制限修飾遺伝子の利己的なふるまいと関係づけるモデルを提出した。
C)大腸菌のRecBCD酵素によるカイ配列の認識の役割
制限修飾遺伝子喪失後に起きる染色体切断と分離後宿主殺しに、カイ配列を認識するRecBCD酵素が重要であることを証明した。
同様に、酸化的損傷などによって自然に起きる染色体切断にもRecBCDカイ系が重要であることをパルスフィールドゲル電気泳動で示した。
D)遺伝子間ホモロジー相互作用と制限酵素作用に依存する非相同組換え
「ホモロジー相互作用と1型の制限酵素によって引き起こされる非相同組換え」に関与する遺伝子産物を同定した。二つの遺伝子のホモロジーが無くなる端で起きる非相同組換えの産物を解析した。

研究成果

• [文献書誌] 半田直史: "ゲノムにとっての自己と非自己"臨床免疫. 31. 222-227 (1999)
• [文献書誌] 小林一三: "制限酵素は病原体である-制限修飾遺伝子の"動く遺伝子"としての活動とゲノムの防御と多型"細胞工学. 18. 1846-1857 (1999)
• [文献書誌] I. Kobayashi: "Homologous recombination and sex as a stragey against selfish geneti elements attacking genome"Ann. New York Acad. Sci.. 870. 354-356 (1999)
• [文献書誌] I. Kobayashi: "Shaping the genome: restriction modification systems as mobile genetic elements"Current Opinion in Genetics and Development. 9. 649-656 (1999)
• [文献書誌] N. Handa: "Post-segregational killing by restriction modification gene compexes: obervations of individual cell deaths"Biochem.. 81. 931-938 (1999)
• [文献書誌] Y. Fujitani: "Effect of sequence divergenece on homologous recombination as analyzed by the random walk model"Genetics. 153. 1973-1988 (1999)
• [文献書誌] N. Handa: "Cellular responses to ost-segregational killing by restriction-modification genes"J. Bacteriol.. (in press).
• [文献書誌] I. Kobayashi: "Ses as a strategy against "non-self" genetic elements"J. Rep. Dev.. (in press).
• [文献書誌] 内藤泰宏: "遺伝子治療開発研究ハンドブック"日本遺伝子治療学会 (分担加筆). (1999)
• [文献書誌] A. Nobusato: "Genome Informatics 1999"Asai. K., Miyano, S. and Takagi, T. (分担加筆). 2 (1999)
• [文献書誌] A. Kusamo-Fujita: "Gene Therapy Vector Protocols Handbook"E. B. Kmiec (分担加筆). 9 (1999)
• [文献書誌] I. Kobayashi: "Internaltiona Collection for Microbiology Teaching and Learning"American Society for Microbilogy. (1999)
• [文献書誌] K. Gerdes: "The Horizontal Gene Pool"Couturie, M. and Gerdes, K., editor-in-chief: Chris M. Thomas (in press).
• [文献書誌] Y. Fujitani: "Currentsin Computation Molecular Biology"S. Miyamo, R. Shamir, and T. Takagi (in press).