胃炎胃潰瘍胃ガンの病因であるピロリ菌等の多型形成にはたす制限修飾酵素遺伝子の役割

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12470034
• 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)
• 研究分担者: 内山 郁夫 岡崎国立共同研究機構, 基礎生物学研究所, 助手 (90243089)
• キーワード: ゲノム生物学 / ゲノム比較 / ゲノム進化 / バイオテクノロジー / 病原性 / ゲノム内コンフリクト / 細菌ゲノム / システム・バイオロジー

研究概要

(A)多型部分のダイナミクスの実験室での解析。
(A-1)制限修飾遺伝子の自己増幅。
Bacillus属の染色体上のBamHIが、縦に数十コピー増幅することを発見した。その増幅を1コピーから再現した。FISHによって爆発的増幅を可視化した。制限修飾遺伝子がウイルスのような増殖サイクルを取るという仮説を提唱した。
(A-2)制限修飾遺伝子のゲノム内転移。
大腸菌のPaeR7Iのゲノム内転移を、試験管内で実現した。それが、制限酵素による染色体攻撃によって、引き起こされ、かつ選択されたことを示す結果を得た。
(A-3)制限修飾遺伝子のゲノム攻撃に対する細菌側の防御。
EcoRIIが、高温で宿主大腸菌の染色体を攻撃することを発見した。染色体のDcm遺伝子が、標的配列を予めメチル化して防御するワクチン機能を持つことを証明した。
大腸菌染色体の特定のサイトで働く組み換え機構が、攻撃から守ることを示した。
(B)全ゲノム配列間の比較による多型の検出。
(B-1)Neisseria meningitidis(髄膜炎菌)。
ソフトウェアCGATを用い、全ゲノム配列を二つの株で一塩基対ごとに比較した。ISと制限修飾遺伝子の関与した新しいゲノム再編機構が示唆された。1型の制限酵素について塩基配列認識の多型成立の機構が示唆された。
(B-2)Staphylococcus。
黄色ブドウ球菌S. aureusの二つの株について、中規模以上のゲノム多型をリストし、形成機構を推測した。3つの異なる座にある遺伝子群が集合して、互いに認識配列の異なる二つの1型の制限酵素を作る可能性を示唆した。S. hominis染色体上の薬剤耐性を担う動く遺伝子塊の中に、制限酵素修飾酵素遺伝子の残骸らしいものを同定し、その進化と役割を推測した。
(B-3)比較ゲノム解析ツールCGATについて、改良を行った。特にホモロジー検索結果や繰り返し配列領域検索など、種々の配列解析結果を収集するための汎用のプログラムを作成し、公表された近縁ゲノムデータに順次適用することを可能とした。
(C)制限酵素の新しい命名法。
制限酵素とその遺伝子の著しい多様性の認識に基づいて、新しい命名法体系を提唱した。

研究成果

• [文献書誌] Katayama, Y., Takeuchi, F., Ito T., Ma, X.X., Ui-Mizutani, Y., Kobayashi, I., Hiramatsu, K.: "Identification in a Methicillin-Susceptible Staphylococcus hominis of an Active Primordial Mobile Genetic Element for the Staphylococcal Cassette Chromosome mec (SCCmec) which -in Methicillin-Resistant Staphylococcus aureus -is the Carrier of the Resistance Gene mecA"J. Bacteriol.. (刊行中).
• [文献書誌] Roberts, R.J., et al.: "A nomenclature for restriction enzymes, DNA methyltransferases, homing endonucleases and their genes"Nucleic Acids Res.. (刊行中).
• [文献書誌] Sadykov, M., Asami, Y., Niki, H., Handa, N., Itaya, M., Tanokura, M., Kobayashi, I.: "Multiplication of a restriction modification gene complex"Mol. Microbiol.. (刊行中).
• [文献書誌] Takahashi, N., Yoshikura, H., Kobayashi, I.: "An Escherichia coli strain, BJ5183, that shows highly efficient conservative (two-progeny) DNA double-strand break repair of restriction breaks"Gene, 303:89-97 (2003). 303. 89-97 (2003)
• [文献書誌] Fujitani, Y., Kobayashi, I.: "Asymmetric Random Walk in a Reaction Intermediate of Homologous Recombination"J. Theor. Biol.. 220. 359-370 (2003)
• [文献書誌] Takami, H., Takaki, Y., Uchiyama, I.: "Genome sequence of Oceanobacillus iheyensis isolated from the Iheya Ridge and its unexpected adaptive capabilities to extreme environments"Nucleic Acids Res.. 30. 3927-3935 (2002)
• [文献書誌] Takahashi, N., Naito, Y., Handa, N., Kobayashi, I.: "A DNA methyltransferase can protect the genome from post-disturbance attack by a restriction-modification gene complex"J. Bacteriol.. 184. 6100-6108 (2002)
• [文献書誌] Fujitani, Y., Mori, S., Kobayashi, I.: "A reaction-diffusion model for interference in meiotic crossing-over"Genetics. 161. 365-372 (2002)
• [文献書誌] 小林一三: "メイナードスミス博士京都賞受賞記念ワークショップ講演:ゲームの場としてのゲノム"遺伝. 56. 70-76 (2002)
• [文献書誌] 小林一三: "制限酵素修飾酵素遺伝子の自己増殖の発見"海洋. (刊行中).
• [文献書誌] 小林一三: "ゲノムにとって「自己」とは何か?"ゲノム・ニュース. (刊行中).
• [文献書誌] Kobayashi, I.: "Addiction as a principle of symbiosis of genetic elements in the genome ---restriction enzymes, chromosome and mitochondria"Symbiosis and Cellular Organelles. (刊行中).
• [文献書誌] Uchiyama, I.: "MBGD : microbial genome database for comparative analysis"Nucleic Acids Res.. 31. 58-62 (2003)
• [文献書誌] Kobayashi, I.: "Life cycle of restriction-modification systems, powers in genome evolution. In Genome Science ---Towards a new paradigm?"Elsevier Science. 191-200 (2002)
• [文献書誌] Kobayashi, I.: "DNA double-strand break repair in bacteria"The Encyclopedia of Life Sciences (on-line publication). (2002)
• [文献書誌] 小林一三, 広瀬彩: "バクテリオファージ・ラムダ、細胞生物学事典"朝倉書店(刊行中).