真核生物リボゾームRNA遺伝子増幅機構の解明

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13480234
• 研究機関: 岡崎国立共同研究機構
• 研究代表者: 堀内 嵩 岡崎国立共同研究機構, 基礎生物学研究所, 教授 (60108644)
• 研究分担者: 小林 武彦 岡崎国立共同研究機構, 基礎生物学研究所, 助手 (40270475)
• キーワード: リボゾームRNA遺伝子 / 遺伝子増幅 / 複製フォーク阻害部位 / 出芽酵母 / 複製フォーク阻害欠損変異 / 組み換え

研究概要

真核生物のリボゾームRNA遺伝子(r DNAと略す)は同一の繰り返し遺伝子として知られている。一カ所ないし数カ所の決まった染色体上の位置に集中して存在する。他の繰り返し配列と同様、そのコピー数は常時変化して不安定である。しかし、例えば何らかの原因で、そのコピー数が激減しても、その後回復して元のコピー数に戻る。これまでこのコピー数の増減の機構は不明のままだった。我々は出芽酵母を用いて、r DNA内に存在する複製フォーク阻害部位での阻害機構を調べるために分離したフォーク阻害欠損変異株(fobl)では、このコピー数の増減が起こらないことを見いだしていた。
ここでは、フォーク阻害とコピー数の増減という2つの現象がFoblタンパク質(トランス因子)ばかりでなく、フォーク阻害部位(RFB : Replication Fork Barrier)にも依存するかどうかを調べた。方法は、r DNAが2コピーに減少した酵母を作成し、残された一ヶのRFBをURA遺伝子と置き換えたところ、rDNAのコピー数は増幅できなかった。それに対し置き換えない株ではr DNAのコピー数は正常に増幅した。この結果は、フォークの進行阻害そのものが、コピー数の増加と減少に必須であることを強く示唆した。
従来r DNAの転写制御の解析は、r DNAのプロモーター部分をr DNAクラスター外に移してアッセイしてきた。r DNAの組み換えも同様にEpistaticな場所で測定され、その結果HOT1が発見された。これらを再評価したところ、Epistaticな場所で見いだされた活性(転写活性と組み換え活性)は、本来のr DNAクラスター内で機能していないことが判明した。どちらの活性もEpistaticな場所を、r DNAの集合体である核小体へ呼び寄せる活性である可能性が強く示唆された。

研究成果

• [文献書誌] Kobayashi, T., Nomura, M., Horiuchi.T.: "Identification of DNA cis-elements essential for expansion of ribosomal DNA repeats in Saccharomyces cerevisiae"Mol. Cell. Biol.. 21. 136-147 (2001)
• [文献書誌] Wai, H., Johzuka, K, Vu, L, Eliason, K., Kobayashi, T., Horiuchi, T., Nomura, M.: "Yeast RNA polymerase I enhancer is dispensable for growth and its apparent transcription enhancement for ectopic promoters Fob1 protein implicated in replication and recombination of rDNA"Mol. Cell. Biol.. 21. 5541-5553 (2001)
• [文献書誌] Urawa, H., Hidaka, M., Ishiguro, S., Okada.K..Horiuchi T.: "Enhanced homologous recombination caused by the non-transcribed spacer of the rDNA in Arabidosis"Mol. Genet. Genomics. 266. 546-555 (2001)
• [文献書誌] Johzuka, K., Horiuchi, T.: "Replication fork-block protein (Fob1) acts as a rDNA region specific recombinator in S. cerevisiae"Genes Cells. (in press). (2002)
• [文献書誌] 小林武庫, 竹内 靖, 定塚勝樹, 堀内 嵩: "DNA複製フォークの進行阻害と遺伝子の増幅"蛋白質核酸酵素. 46. 1004-1012 (2001)