研究課題
本研究は、RAD51及びDMC1の機能差異を明らかにし、減数分裂期組換えの分子機構を解明することを目的とする。両者の機能差異を明らかにするために、本年度はクロマチン構造がRAD51及びDMC1の相同鎖検索に与える影響を明らかにした。相同組換えの過程では、相同鎖検索の中間体として、単鎖DNA-二重鎖DNA-相同組換えタンパク質、の三者複合体を形成する。これまでの解析において、DMC1の三者複合体形成はヌクレオソームによって阻害されることを明らかにした。また、RAD51とは異なり、DMC1は優先的に相同的対合反応を触媒することが見いだした。そのため、DMC1はヌクレオソームが形成されていない領域で優先的に三者複合体を形成することが予想された。この仮説を検証するために、ヌクレオソームが3つ連結したトリヌクレオソームおよび、組換えホットスポットの染色体構造を模擬した、中央にヌクレオソームフリーの領域をもつダイヌクレオソームを試験管内で再構成した。そして、再構成したこれらの基質DNA上における、DMC1の三者複合体形成能を評価した。その結果、DMC1の三者複合体形成はトリヌクレオソーム上で阻害されたが、中央にヌクレオソームフリーの領域をもつダイヌクレオソーム上では高効率で行われることがわかった。一方で、RAD51の三者複合体形成はトリヌクレオソーム、ダイヌクレオソーム共に効率良く行われた。これらの試験管内における解析結果から、減数分裂期組換えにおいて、DMC1は組換えホットスポットを特異的に認識し、組換えを行うことが示唆された。さらに、イネの相同組換えタンパク質を用いて、これらの解析を行ったところ、ヒトの相同組換えタンパク質を用いた解析結果と一致した。このことは、クロマチン構造上におけるRAD51とDMC1の機能差異が異なる生物種間で保存されていることを示唆している。そのため、DMC1がヌクレオソームフリーな領域を標的とすることは減数分裂期組換えにおいて共通した分子機構であると考えられる。
1: 当初の計画以上に進展している
本年度の目標としていた、クロマチン構造がRAD51及びDMC1の相同鎖検索に与える影響を明らかにすることができた。さらに、クロマチン構造上におけるRAD51とDMC1の機能差異が、異なる生物種間において保存されていることを見いだした。そのため、研究計画以上の進展を得る事ができた。
再構成系ヌクレオソームを用いた試験管内における解析より、DMC1はヌクレオソームフリーの領域で優先的に三者複合体を形成することを示してきた。しかしながら、実際の生体内におけるクロマチン構造上において、DMClがヌクレオソームフリーの領域を識別できるかどうかは定かでない。そのため、生体内のクロマチン構造上におけるDMC1のゲノムワイドな局在を明らかにする。RAD51はヌクレオソーム上で三者複合体を形成する。このことは、RAD51はヌクレオソーム上においても三者複合体中で相同鎖検索を行うことを示唆しているが、その詳細な分子機構は明らかにされていない。今後は、RAD51及びヌクレオソームとの複合体の結晶構造解析を行うことで、クロマチン構造上における相同鎖検索のメカニズムを分子レベルで明らかにする。
すべて 2013 その他
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Plant Cell
巻: 12 ページ: 4924-4940
10.1105/tpc.113.118521.
http://www.kurumizaka.sci.waseda.ac.jp
