組換えと複製におけるHolliday構造の形成と解離の機構

2005 年度 研究成果報告書概要

• 研究課題/領域番号: 13141203
• 研究種目: 特定領域研究
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 生物系
• 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, 招へい教授 (40029799)
• 研究分担者: 菱田 卓 大阪大学, 微生物病研究所, 助教授 (60335388) ; 森下 卓 大阪大学, 微生物病研究所, 特任研究員 (50273701) ; 岩崎 博史 横浜市立大学, 大学院国際総合科学研究科, 準教授 (60232659) ; 石野 良純 九州大学, 大学院農学研究院, 教授 (30346837) ; 森川 耿右 生物分子工学研究所, 所長 (80012665)
• 研究期間 (年度): 2001 – 2005
• キーワード: 遺伝学 / 組換え / 複製 / 癌 / 放射線

研究概要

DNA組換え及び組換え修復の前期過程は大分明らかになった。原核生物では組換え後期過程でHolliday組換え中間体の分離機構の解明は大分進んだ。本研究では大腸菌でRuvABCタンパク質によるHolliday構造の解離の機構を徹底的に分子・原子のレベルで解析すると共に、未だ不明な真核生物での組換え中間体のプロセッシングの機構を明らかにする事を目的とした。主要な成果として:
1.Holliday組換え中間体の分岐点移動を司るタンパク質RuvA-RuvB複合体の結晶構造を解いた。
2.HollidayジャンクションをRuvA-RuvBタンパク質複合体が移動させる仕組みを1分子イメージング法で解析し、ジャンクションの移動がDNA二重鎖の回転運動によって引き起こされる事を証明した。
3.分裂酵母の新規の組換え修復遺伝子を10個発見しそれらの機能を解析した。
4.fbh-1遺伝子は新規のDNAヘリカーゼと、F-boxユビキチンリガーゼのモチーフを持つユニークなタンパク質をコードし、組換え中間体のプロセッシングに関与する事を明らかにした。
5.染色体構造維持と組換え修復に関与するSmc5/6複合体と密接に機能するrad60,rad62(nse4)遺伝子を発見し、それらの解析を通じて、Smc5/6複合体及びRad60タンパク質は組換え修復の後期過程で組換え修復の中間体に作用する事及び、細胞周期のチェックポイント制御における役割を明らかにした。
6.分裂酵母のRad51-Swi5-Sfr1タンパク質複合体による新規の組換え修復経路を発見した。
7.超好熱古細菌の構造特異的DNAヘリカーゼ/ヌクレアーゼを発見し、その生化学的機能を解析し、結晶構造も解明した。ヒトのオルソログ(hHef)はファンコーニ貧血症というDNA修復欠損を伴う遺伝病の原因遺伝子である事が最近判明し、注目をあびている。

研究成果

• [雑誌論文] Rhp51-dependent recombination intermediates that do not generate checkpoint signal are accumulated in Schizosaccharomyces pomberad60 and smc5/6 mutants after release from replication arrest. (2006)
  • 著者名/発表者名: Miyabe I, et al.
  • 雑誌名: Mol Cell Biol. 26 ページ: 343-53
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] The archaeal Hjm helicase has recQ-like functions, and may be involved in repair of stalled replication fork. (2006)
  • 著者名/発表者名: Fujikane, R., et al.
  • 雑誌名: Genes Cells. 11 ページ: 99-110.
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Mechanisms of maintaining genetic stability by homologous recombination. (2006)
  • 著者名/発表者名: Ishino Y., et al.
  • 雑誌名: Chem. Rev. 106: ページ: 324-339
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Stoichiometric complex formation by proliferating cell nuclear antigen (PCNA) and its interacting protein : purification and crystallization of the DNA polymerase and PCNA monomer mutant complex from Pyrococcus furiosus. (2006)
  • 著者名/発表者名: Nishida, H., et al.
  • 雑誌名: Acta Cryst. F62 ページ: 253-256.
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Rhp51-dependent recombination intermediates that do not generate checkpoint signal are accumulated in Schizosaccharomyces pombe rad60 and smc5/6 mutants after release from replication arrest. (2006)
  • 著者名/発表者名: Miyabe I, et al.
  • 雑誌名: Mol Cell Biol. 26 ページ: 343-53
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Mechanisms of maintaining genetic stability by homologous recombination. (2006)
  • 著者名/発表者名: IshinoY., et al.
  • 雑誌名: Chem. Rev. 106 ページ: 324-339
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Role of the RuvAB protein in avoiding spontaneous formation of deletion mutations in the Escherichia coli K-12 endogenous tonB gene. (2005)
  • 著者名/発表者名: Mashimo K, et al.
  • 雑誌名: J Biol Chem. 280 ページ: 30504-10
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Role of the Schizosaccharomyces pombe F-Box DNA helicase in processing recombination intermediates. (2005)
  • 著者名/発表者名: Morishita T, et al.
  • 雑誌名: Mol Cell Biol. 25 ページ: 8074-83
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Functional overlap between RecA and MgsA(RarA) in the rescue of stalled replication forks in Escherichia coli. (2005)
  • 著者名/発表者名: Shibata T, et al.
  • 雑誌名: Genes Cells. 10 ページ: 181-91
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Genetic and physical interacitions between Schizosaccharomyces pombe Mcll and Rad2, Dna2 and DNA polymerase alpha : evidence for a multifunctional role of Mcll in DNA replication and repair. (2005)
  • 著者名/発表者名: Tsutsui Y, et al.
  • 雑誌名: Curr Genet. 48 ページ: 34-43
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Composition and architecture of the Schizosaccharomyces pombe Rad18(Smc5-6) complex. (2005)
  • 著者名/発表者名: Sergeant J, et al.
  • 雑誌名: Mol Cell Biol. 25 ページ: 172-84
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Crystal structure and functional implications of Pyrococcus furiosus Hef helicase domain involved in branched DNA processing. (2005)
  • 著者名/発表者名: Nishino, T., et al.
  • 雑誌名: Structure 13 ページ: 143-153
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Identification of a novel helicase activity unwinding branched DNAs from the hyperthermophilic archaeon, Pyrococcus furiosus. (2005)
  • 著者名/発表者名: Fujikane, R., et al.]
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 280 ページ: 12351-12358
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Identification of the critical region in Replication factor C from Pyrococcus furiosus for the stable complex formation with proliferating cell nuclear antigen and DNA. (2005)
  • 著者名/発表者名: Nishida, H., et al.
  • 雑誌名: Gene Genet. Syst. 80 ページ: 83-93
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Open clamp structure in the clamp-loading complex visualized by electron microscopic image analysis. (2005)
  • 著者名/発表者名: Miyata, T., et al.
  • 雑誌名: Proc Natl Acad Sci U S A. 102 ページ: 13795-13800
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Expression and molecular characterization of spherical particles derived from the genome of the hyperthermophilic euryarchaeote Pyrococcus furiosus. (2005)
  • 著者名/発表者名: Namba, K., et al.
  • 雑誌名: J. Biochem. 138 ページ: 193-199
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Structural and functional analyses of an archaeal XPF/Rad1/Mus81 nuclease : asymmetric DNA binding and cleavage mechanisms. (2005)
  • 著者名/発表者名: Nishino, T. et al.
  • 雑誌名: Structure 13 ページ: 1183-1192
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Overproduction, purification and crystallization of an archaeal DNA ligase from Pyrococcus furiosus. (2005)
  • 著者名/発表者名: Nishida, H., et al.
  • 雑誌名: Acta Cryst. F61 ページ: 1100-1102
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Role of the Schizosaccharomyces pombe F-Box DNA helicase in processing recombination intermediates. (2005)
  • 著者名/発表者名: Morishita T, et al.
  • 雑誌名: MoL Cell Biol. 25 ページ: 8074-83
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Functional overlap between RecA and MgsA (RarA) in the rescue of stalled replication forks in Escherichia coli. (2005)
  • 著者名/発表者名: Shibata T, et al.
  • 雑誌名: Genes Cells. 10 ページ: 181-91
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Genetic and physical interactions between Schizosaccharomyces pombe Mcll and Rad2, Dna2 and DNA polymerase alpha : evidence for a multifunctional role of Mcll in DNA replication and repair. (2005)
  • 著者名/発表者名: Tsutsui Y, et al.
  • 雑誌名: Curr Genet. 48 ページ: 34-43
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Composition and architecture of the Schizosaccharomyces pombe Rad18 (SmcS-6) complex. (2005)
  • 著者名/発表者名: Sergeant J, et al.
  • 雑誌名: Mol Cell Biol. 25 ページ: 172-84
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Identification of a novel helicase activity unwinding branched DNAs from the hyperthermophilic archaeon, Pyrococcus furiosus. (2005)
  • 著者名/発表者名: Fujikane, R., et al.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 280 ページ: 12351-12358
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Identification of the critical region in Replication factor C from Pyrococcus furiosus for the stable complex formation with proliferating cell nuclear antigen and DNA. (2005)
  • 著者名/発表者名: Nishida, H., et al.
  • 雑誌名: Genes Genet. Syst. 80 ページ: 83-93
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Structural and functional analyses of an archaeal XPF/Radl/Mus81 nuclease : asymmetric DNA binding and cleavage mechanisms. (2005)
  • 著者名/発表者名: Nishino, T., et al.
  • 雑誌名: Structure 13 ページ: 1183-1192
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Direct evidence that a conserved arginine in RuvB AAA^+ ATPase acts as an allosteric effector for the ATPase activity of the adjacent subunit in a hexamer. (2004)
  • 著者名/発表者名: Hishida T, et al.
  • 雑誌名: Proc Natl Acad Sci U S A. 101 ページ: 9573-7
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Rad62 protein functionally and physically associates with the smc5/smc6 protein complex and is required for chromosome integrity and recombination repair in fission yeast. (2004)
  • 著者名/発表者名: Morikawa H, et al.
  • 雑誌名: Mol Cell Biol. 24 ページ: 9401-13
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] The clamp-loading complex for processive DNA replication. (2004)
  • 著者名/発表者名: Miyata, T, et al.
  • 雑誌名: Nat. Struct. Mol. Biol. 7 ページ: 11632-11636
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Cooperation of the N-terminal helicase and C-terminal endonuclease activities of archaeal Hef protein in processing stalled replication fork. (2004)
  • 著者名/発表者名: Komori K, et al.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 279 ページ: 53175-53185
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Direct evidence that a conserved arginine in RuvB AAA+ ATPase acts as an allosteric effector for the ATPase activity of the adjacent subunit in a hexamer. (2004)
  • 著者名/発表者名: Hishida T, et al.
  • 雑誌名: Proc Natl Acad Sci USA. 101 ページ: 9573-7
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Rad62 protein functionally and physically associates with the smc5/smc6 protein complex and is required for chromosome integrity and recombination repair in fission yeast. (2004)
  • 著者名/発表者名: Morikawa H, et al.
  • 雑誌名: Mol Cell Biol 24 ページ: 9401-13
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Uncoupling of the ATPase activity from the branch migration activity of RuvAB protein complexes containing both wild-type and ATPase-defective RuvB proteins. (2003)
  • 著者名/発表者名: Hishida T. et al.
  • 雑誌名: Genes Cells. 8 ページ: 721-30
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Molecular characterization of the Schizosaccharomyces pombe nbsl^+ gene involved in DNA repair and telomere maintenance. (2003)
  • 著者名/発表者名: Ueno M, et al.
  • 雑誌名: Mol Cell Biol. 23 ページ: 6553-63
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Two different Swi5-containing protein complexes are involved in mating-type switching and recombination repair in fission yeast. (2003)
  • 著者名/発表者名: Akamatsu Y, et al.
  • 雑誌名: Proc Natl Acad Sci U S A. 100 ページ: 15770-5
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Competition between the Rad50 complex and the Kuheterodimer reveals a role for Exo1 in processing double-strand breaks but not telomeres. (2003)
  • 著者名/発表者名: Tomita K, et al.
  • 雑誌名: Mol Cell Biol. 23 ページ: 5186-5197.
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Role of the Escherichia coli RecQ DNA helicase in SOS signaling and genome stabilization at stalled replication forks. (2003)
  • 著者名/発表者名: Hishida T, et al.
  • 雑誌名: Proc Natl Acad Sci U S A. 100 ページ: 15770-5
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Intermolecular ion pairs maintain toroidal structure of Pyrococcus furiosus PCNA. (2003)
  • 著者名/発表者名: Matsumiya, S., et al.
  • 雑誌名: Prot. Sci. 12 ページ: 823-831
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] X-ray structural and biochemical anatomy of an archaeal XPF/Rad1/Mus81 family nuclease : a novel domain arrangement and a striking similarity between its central endonuclease domain and type II restriction enzymes. (2003)
  • 著者名/発表者名: Nishino, T., et al.
  • 雑誌名: Structure 11 ページ: 445-457.
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Mutational Analysis of Pyrococcus furiosus Replication Factor C based on the Three-Dimensional Structure. (2003)
  • 著者名/発表者名: Ishino, S., et al.
  • 雑誌名: Extremophiles 7 ページ: 169-175
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Molecular characterization of the Schizosaccharomyces pombe nbsL+ gene involved in DNA repair and telomere maintenance. (2003)
  • 著者名/発表者名: Ueno M, et al.
  • 雑誌名: Mol Cell Biol. 23 ページ: 6553-63
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Two different Swi5-containing protein complexes are involved in mating-type switching and recombination repair in fission yeast. (2003)
  • 著者名/発表者名: Akamatsu Y, et al.
  • 雑誌名: Proc Natl Acad Sci USA. 100 ページ: 15770-5
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Competition between the Rad50 complex and the Ku heterodimer reveals a role for Exol in processing double-strand breaks but not telomeres. (2003)
  • 著者名/発表者名: Tomita K, et al.
  • 雑誌名: Mol Cell Biol. 23 ページ: 5186-5197
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] X-ray structural and biochemical anatomy of an archaeal XPF/Radl/Mus81 family nuclease : a novel domain arrangement and a striking similarity between its central endonuclease domain and type II restriction enzymes. (2003)
  • 著者名/発表者名: Nishino, T., et al.
  • 雑誌名: Structure 11 ページ: 445-457
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Saccharomyces cerevisiae MGS1 is essential in strains deficient in the RAD6-denpendent DNA damage tolerance pathway. (2002)
  • 著者名/発表者名: Hishida T, et al.
  • 雑誌名: EMBO J. 21 ページ: 2019-29
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Regulation of mitochondrial D-loops by transcription factor A and single-stranded DNA-binding protein. (2002)
  • 著者名/発表者名: Takamatsu C, et al.
  • 雑誌名: EMBO Rep. 3 ページ: 451-6.
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] The Schizosaccharomyces pombe rad60 gene is essential for repairing double-strand DNA breaks spontaneously occurring during replication and induced by DNA-damaging agents. (2002)
  • 著者名/発表者名: Morishita T, et al.
  • 雑誌名: Mol Cell Biol. 22 ページ: 3537.-48.
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Crystal structure of the RuvA-RuvB complex : a structural basis for the Holliday junction migrating motor machinery. (2002)
  • 著者名/発表者名: Yamada K, et al.
  • 雑誌名: Mol Cell. 10 ページ: 671-81.
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] p53 blocks RuvAB promoted branch migration and modulates resolution of Holliday junctions by RuvC. (2002)
  • 著者名/発表者名: Iwasaki H. et al.
  • 雑誌名: J. Mol. Biol. 316 ページ: 1023-1032.
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Parallel symmetric immobile DNA junctions as substrates for E. coli RuvC Holliday junction resolvase. (2002)
  • 著者名/発表者名: Sha R, et al.
  • 雑誌名: Biochemistry 41 ページ: 10985-10993
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Saccharomyces cerevisiae MGS 1 is essential in strains deficient in the RAD6-dependent DNA damage tolerance pathway. (2002)
  • 著者名/発表者名: Hishida T. et al.
  • 雑誌名: EMBO 21 ページ: 2019-29
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] The Schizosaccharomyces pombe rad6O gene is essential for repairing double-strand DNA breaks spontaneously occurring during replication and induced by DNA-damaging agents. (2002)
  • 著者名/発表者名: Morishita T. et al.
  • 雑誌名: Mol Cell Biol. 22 ページ: 3537-48
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Crystal structure of the RuvA-RuvB complex : a structural basis for the Holliday junction migrating motor machinery. (2002)
  • 著者名/発表者名: Yamada K. et al.
  • 雑誌名: Mol Cell. 10 ページ: 671-81
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] A unique beta-hairpin protruding from AAA^+ ATPase domain of RuvB motor protein is involved in the interaction with RuvA DNA recognition protein for branch migration of Holliday junctions. (2001)
  • 著者名/発表者名: Han YW, et al.
  • 雑誌名: J Biol Chem. 276 ページ: 35024-8
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] A yeast gene, MGS1, encoding a DNA-dependent AAA(+) ATPase is required to maintain genome stability. (2001)
  • 著者名/発表者名: Hishida T. et al.
  • 雑誌名: Proc Natl Acad Sci U S A. 98 ページ: 8283-9
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Multiple interactions among the components of the recombinational DNA repair system in Schizosaccharomyces pombe. (2001)
  • 著者名/発表者名: Tsutsui Y, et al.
  • 雑誌名: Genetics. 159 ページ: 91-105.
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Mutagenic and nonmutagenic bypass of DNA lesions by Drosophila DNA polymerases dpolη and dpolι. (2001)
  • 著者名/発表者名: Ishikawa T. et al.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 276 ページ: 15155-63
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] A unique beta-hairpin protruding from AAA+ ATPase domain of RuvB motor protein is involved in the interaction with RuvA DNA recognition protein for branch migration of Holliday junctions. (2001)
  • 著者名/発表者名: Han YW, et al.
  • 雑誌名: J. Biol Chem. 276 ページ: 35024-8
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] A yeast gene, MGS1, encoding a DNA-dependent AAA(+) ATPase is required to maintain genoMe stability. (2001)
  • 著者名/発表者名: Hishida T. et al.
  • 雑誌名: Proc Nall Acad Sci USA. 98 ページ: 8283-9
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Multiple interactions among the components of the recombinational DNA repair system in Schizosaccharomyces pombe. Tsutsui Y, (2001)
  • 著者名/発表者名: Tsutsui Y. et al.
  • 雑誌名: Genetics. 159 ページ: 91
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Mutagenic and nonmutagenic bypass of DNA lesions by Drosophila DNA polymerases dpol η and dpo1 ι. (2001)
  • 著者名/発表者名: Ishikawa T. et al.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 276 ページ: 15155-15163
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [産業財産権] 特許 (2002)
  • 発明者名: 石野良純
  • 権利者名: 生物分子工学研究所
  • 公開番号: 特開2004-121069
  • 出願年月日: 2002-10-01
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より