ヒトDNA組換え修復装置による発がん防御の分子機構の解析

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14026060
• 研究機関: 特殊法人理化学研究所
• 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: 二重鎖DNA切断 / 相同的組換え / DNA修復 / Rad52 / Rad52 splicing variant / リング構造 / DNA結合 / X線結晶構造解析

研究概要

染色体DNAが放射線や抗がん剤などによって受ける二重鎖DNA切断は、相同組換えを経由して速やかに修復される。この相同組換え機構の欠損が癌化の直接の原因となることが、近年報告されている。相同組換えの過程で、二重鎖切断を受けたDNA部位は、無傷の染色体DNAの中から相同な配列を探し出して対合する。この過程を相同的対合反応という。これまでに我々は、真核生物においてバクテリアRecAのホモログであるRad51とDmc1に加えて、ヒトRad52が、Rad51非存在下で相同的対合反応を触媒することを見出した。今回、Rad52の相同的対合反応触媒ドメインの高次構造を、X線結晶構造解析により決定した。その結果、ヒトRad52の相同的対合ドメインであるRad52_<1-212>は、11分子集まって安定なリング構造を形成することが分かった。次に、Rad52_<1-212>の表面電荷よりDNA結合領域を予想した。そしてその領域に存在するLys、Arg、およびTyr残基をそれぞれアラニンに置換した変異体を作成し、これらのDNA結合活性を調べた。そして、単鎖および二重鎖DNA結合にそれぞれ重要な残基が、予想されたDNA結合領域に局在することが明らかになった。さらに興味深いことに、分析超遠心法によって、全長のRad52は、Rad52_<1-212>とは異なり7量体のリング構造を形成することが明らかになった。この7量体リングは、Rad52_<1-212>の11量体リングと電子顕微鏡下では区別できないほど似ていた。そこで、Rad52_<1-212>の立体構造を用いて7量体リング構造のモデルを構築したところ、Rad52のC末端領域がモノマー間の領域の形成に関与することが予想された。これらの結果から、Rad52_<1-212>の11量体リング構造は、Rad52よりむしろRad52のN末端側と高い相同性を示す酵母のRad59や、N末端領域の約200アミノ酸からなるヒトRad52のsplicing variantの立体構造を反映していると結論された。そして、Rad52のホモログの間で、7量体と11量体の2種類のリング構造が存在することが明らかになった。

研究成果

• [文献書誌] Yokoyama, H., Kurumizaka, H., Ikawa, S., Yokoyama, S., Shibata, T.: "Holliday junction binding activity of the human Rad51 B protein"Journal of Biological Chemistry. (in press). (2003)
• [文献書誌] Kagawa, W., Kurumizaka, H., Ishitani, R., Fukai, S., Nureki, O., Shibata, T., Yokoyama, S.: "Crystal structure of the homologous-pairing domain from the human Rad52 recombinase in the undecameric form"Molecular Cell. 10. 359-371 (2002)
• [文献書誌] Kurumizaka, H., Ikawa, S., Nakada, M., Enomoto, R., Kagawa, W., Kinebuchi, T., Yamazoe, M., Yokoyama, S., Shibata, T.: "Homologous-pairing, and ring-and filament-structure formation activities of the human Xrcc2-Rad51D complex"Journal of Biological Chemistry. 277. 14315-14320 (2002)
• [文献書誌] Tanaka, K., Kagawa, Kinebuchi, T., Kurumizaka, H., Miyagawa, K.: "Human Rad54B is a double-stranded DNA-dependent ATPase and has biochemical properties different from its structural homolog in yeast, Tid1/Rdh54"Nucleic Acids Research. 30. 1346-1353 (2002)