がん化防御に重要なDNA組換え修復装置の構造および機能解析

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13214115
• 研究機関: 理化学研究所
• 研究代表者: 胡桃坂 仁志 理化学研究所, 細胞情報伝達研究室, 研究員 (80300870)
• キーワード: DNA修復 / DNA組換え / 発がん / 相同的対合 / リング構造 / フィラメント構造 / Rad51 paralog / Rad52

研究概要

二重鎖DNA切断は、細胞内で日常的におこるDNA損傷であり、未修復の二重鎖DNA切断はがん化の主要な原因の1つである。正常細胞では、二重鎖切断部位は無傷の染色体DNAを鋳型とした相同組換え反応を経由して正確に修復される。そのためには、切断を受けたDNA部位の塩基配列と相同な配列が、無傷の染色体DNAの中から探し出される必要がある。この過程を相同的対合反応というが、これまでに真核生物においては、バクテリアRecAのホモログであるRad51とDmc1が、試験管内で相同的対合反応を触媒することが報告された。本研究で我々は、ヒトRad51(HsRad51)の活性化因子と考えられているヒトRad52(HsRad52)が、HsRad51非存在下で相同的対合反応を触媒することを見出した。そして、HsRad52の高次構造を、X線結晶構造解析や電子顕微鏡解析によって調べた結果、HsRad52は、DNA存在下でリング状の多量体構造を基本としたフィラメント構造を形成することが明らかになった。また、同様のフィラメント構造を、Rad51 paralogタンパク質群において見出した。Rad51 paralogは、ヒトにおいて5種類見出されており、それらはXrcc2, Xrcc3, Rad51B, Rad51C, Rad51Dで、HsRad51との間に20-30%のホモロジーを有する。Xrcc3-Rad51C複合体およびXrcc2-Rad51D複合体をそれぞれ精製し、生化学的な解析を行った。その結果、これらのタンパク質複合体がHsRad52と同様にフィラメント構造を形成し、相同的対合反応を触媒することを明らかにした。そして、これら相同的対合反応を触媒するリングタンパク質の中からHsRad52を選び、その立体構造をX線結晶構造解析法により2.8オングストロームの分解能で解明した。

研究成果

• [文献書誌] Tanaka, Y., Nureki, O., Kurumizaka, H., Fukai, S., Kawaguchi, S., Ikuta, M., Iwahara, J., Okazaki, T., Yokoyama, S.: "Crystal structure of the CENP-B protein-DNA complex : The DNA-binding domains of CENP-B induce kinks in the CENP-B box DNA"The EMBO Journal. 20. 6612-6618 (2001)
• [文献書誌] Shibata, T., Nishinaka, T., Mikawa, T., Aihara, H., Kurumizaka, H., Yokoyama, S., Ito, Y.: "Homologous genetic recombination as an intrinsic dynamic property of a DNA structure induced by RecA/Rad51-family proteins : a possible advantage of DNA over RNA as genomic material"Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 98. 8425-8432 (2001)
• [文献書誌] Kurumizaka, H., Ikawa, S., Nakada, M., Eda, K., Kagawa, W., Takata, M., Takeda, S., Yokoyama, S., Shibata, T.: "Homologous-pairing activity of the human DNA-repair proteins Xrcc3-Rad51C"Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 98. 5538-5543 (2001)
• [文献書誌] Kagawa, W., Kurumizaka, H., Ikawa, S., Yokoyama, S., Shibata, T.: "Homologous pairing promoted by the human Rad52 protein"Journal of Biological Chemistry. 276. 35201-35208 (2001)