組換えと複製におけるHolliday構造の形成と解離の機構

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13141203
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 品川 日出夫 大阪大学, 微生物病研究所, 教授 (40029799)
• 研究分担者: 岩崎 博史 横浜市立大学, 大学院・総合理学研究科, 助教授 (60232659) ; 森下 卓 大阪大学, 微生物病研究所, 助手 (50273701) ; 菱田 卓 大阪大学, 微生物病研究所, 助手 (60335388) ; 森川 耿右 生物分子工学研究所, 副所長(研究職) (80012665) ; 石野 良純 九州大学, 大学院・農学研究院, 教授 (30346837)
• キーワード: 遺伝学 / 組換え / 複製 / 癌 / 放射線

研究概要

DNAが損傷を受けたり複製の阻害が起こったとき、ゲノムの安定性を維持するために細胞は種々の機構をもっている。特に二重鎖切断が起きた時には、相同的組み換えに依る正確な修復が重要である。私達は大腸菌では組み換え反応の後期過程でRuvABCタンパク質が組み換え中間体Holliday構造の解離を行うことを明らかにし、本研究では構造生物学的研究と分子生物学的研究を組み合わせて、その反応機構の詳細を解明しようとしている。更に複製フォークの安定性の維持における組換え機構の役割を解明しようとしている。
本年度の主要な成果として、RuvAとRuvBタンパク質の複合体の結晶構造をミュータントタンパク質の生化学的解析の結果から、RuvAB-Holliday構造DNA複合体のモデルを提唱し、RuvB6量体サブユニット間の機能的相互促進関係を明らかにした。
真核生物の組み換え後期過程はあまり解析が進んでいないので、組み換えに関与する新規遺伝子を分裂酵母で遺伝学的方法を用いて探索した。その結果nbs1を含む新規の組み換え遺伝子を多数同定した。Rad60,rad62遺伝子はそのうちの2つで、放射線や自然におこるDNA二重鎖切断の修復に関与し、生育に必須の遺伝子であり、複製フォークの維持と組換え修復に関与するフォーク特異的なcohesinであるSmc5/6複合体を構成するサブユニットであることを明らかにした(論文投稿中)。Fbh1遺伝子はF-box DNAヘリカーゼをコードし、DNA複製中の損傷をRad51と共に修復する組換え修復遺伝子として機能することを明らかにした。更にこの遺伝子は定常期における生存に必要であり、Rad51タンパク資の分解の制御にも関与することを明らかにした(論文投稿中)。更にrad51,swi5およびsfr1遺伝子より構成される新規組換え経路を発見した。
バクテリアからヒト迄高度に保存されている遺伝子mgs1の機能を大腸菌と出芽酵母で解析した。その結果、Mgsたんぱく質は複製ホークで複製装置(クランプ)と相互作用して、複製阻害が起きた時、異常な複製を抑えることによってゲノムの安定性を維持するために働くことを明らかにした(論文準備中)。
超高熱古細菌でHolliday構造に特異的に働くたんぱく質を探索して、複製ホーク構造特異的に働くDNAヘリケースを切断を発見して、それをコードする遺伝子hefを同定した。

研究成果

• [文献書誌] Akamatsu Y, Dziadkowiec D, Ikeguchi M, Shinagawa H, Iwasaki H.: "Two different Swi5-containing protein complexes are involved in mating-type switching and recombination repair in fission yeast."Proc Natl Acad Sci U S A.. 100(26). 15770-15775 (2003)
• [文献書誌] Ueno M, Nakazaki T, Akamatsu Y.Watanabe K, Tomita K, Lindsay HD, Shinagawa H, Iwasaki H.: "Molecular characterization of the Schizosaccharomyces pombe nbs1+ gene involved in DNA repair and telomere maintenance."Mol Cell Biol.. 23(18). 6553-6563 (2003)
• [文献書誌] Hishida T, Iwasaki H, Han YW, Ohnishi T, Shinagawa H.: "Uncoupling of the ATPase activity from the branch migration activity of RuvAB protein complexes containing both wild-type and ATPase-defective RuvB proteins."Genes Cells.. 8(9). 721-730 (2003)
• [文献書誌] Matsumiya S, Ishino S, Ishino Y, Morikawa K.: "Intermolecular ion pairs maintain the toroidal structure of Pyrococcus furiosus PCNA."Protein Sci.. 12(4). 823-831 (2003)
• [文献書誌] Ishino S, Oyama T, Yuasa M, Morikawa K, Ishino Y.: "Mutational analysis of Pyrococcus furiosus replication factor C based on the three-dimensional structure."Extremophiles. 7(3). 169-175 (2003)
• [文献書誌] Nishino T, Komori K, Ishino Y, Morikawa K.: "X-ray and biochemical anatomy of an archaeal XPF/Rad1/Mus81 family nuclease : similarity between its endonuclease domain and restriction enzymes."Structure (Camb). 11(4). 365-366 (2003)