真核生物リボゾームRNA遺伝子増幅機構の解明

2003 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 / 繰り返し遺伝子 / 複製フォーク阻害部位 / サイレンシング / FOB1遺伝子 / SIR2遺伝子 / コヘーシン / 出芽酵母

研究概要

真核生物のリボゾームRNA遺伝子(rDNA)は典型的な繰り返し遺伝子の一つである。出芽酵母では約150コピーのrDNAが染色体XII上の特定の一カ所に集中している。これまで我々はこのコピー数の増減が、各コピーに存在する複製フォーク阻害部位(RFB)で起こるフォーク阻害に依存することを見いだしている。つまり、フォーク阻害が起こらない変異(fob1)株やRFB欠失株では、コピー数の増加がほとんど起こらない。コピー数の増減機構としては、複製がRFBでその進行を阻害されると、フォークを形成する姉妹染色体のどちらかが切断され、組換え修復される際に、繰り返し遺伝子のため、前後にズレが生じるため、コピー数の増加または減少が起こるモデルを考え提案した。
一方、テロメア領域に挿入した外部遺伝子や性の変換に関する遺伝子群の発現を抑制する遺伝子としてSIR遺伝子群がよく知られている。その中のSIR2(ヒストン脱アセチル化酵素)は、rDNA領域においてもテロメアと同じく、そこに挿入した外部遺伝子の発現を抑制し、さらにrDNAの組換えをも抑制することが知られてきた。だが後者の機構はこれまで全く不明であった。我々は、この機構を知るためsir2変異株を用いて解析したところ、sir2株で活性化される組換えはROB1依存性であり、しかも上のモデルの最終過程に関係することを見いだした。更にsir2変異株では複製後姉妹染色体同士をつなぎ止めるコヘーシン分子が、rDNA領域特異的に顕著に減少することを見いだした。このことから、sir2変異株では、複製後の姉妹染色間の連結が無くなり、組換えの際のズレへの制約が無くなるため、よりコピー数の増減が激しくなると考えられる。確かに、sir2株ではコピー数の増減幅が大きい。しかもズレない組換え、つまり同じrDNAユニット間の組換えは、sir2株と野生株で同じであった。つまりsir2で活性化されるのは、組換えでなく、組換えの際のズレであると結論した。サイレンシングとコヘーシンの関係を見いだしたのは初めてである。

研究成果

• [文献書誌] Takeuchi, Y., Horiuchi, T., Kobayashi, T.: "Transcription-dependent recombination and the role of fork collision in yeast rDNA."Genes & Development. 17. 1497-1506 (2003)
• [文献書誌] Higuchi, K., Katayama, T., Iwai, S., Hidaka, M., Horiuchi, T., Maki, H.: "Fate of DNA replication fork encountering a single DNA lesion during oriC plasmid DNA replication in vitro."Genes to Cells. 8. 437-449 (2003)
• [文献書誌] Kobayashi, T.: "The replication fork barrier site forms a unique structure with Foblp and inhibits the replication fork."Mol Cell Biol. 23. 9178-9188 (2003)
• [文献書誌] Serizawa, N., Horiuchi, T., Kobayashi, T.: "Transcription-mediated hyper-recombination in HOT1"Genes to Cells. 9(In press). (2004)
• [文献書誌] Kobayashi, T., Horiuchi, T., Vu, L., Tongaonka, P., Nomura, M.: "Saccharomyces cerevisiae SIR2 decreases unequal sister-chromatid recombination in rDNA repeats without significant effects on recombinational events within individual rRNA genes."Cell. (In press). (2004)