染色体DNA複製開始機構の制御-リン酸化によるMCM複合体の活性化と不活性化

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15770092
• 研究機関: (財)東京都医学研究機構
• 研究代表者: 高井 裕子 (ZHIYING You) 財団法人東京都医学研究機構, 東京都臨床医学総合研究所, 主任研究員 (90332270)
• キーワード: MCM (Minichromosome maintenance) / DNAヘリカーゼ / ATPase / DNA結合活性 / DNA複製 / 複製起点

研究概要

細胞は一回の細胞周期で一度きりの正確なゲノム複製を行う。そのゲノム複製の制御に関与する因子のうち、Mcm (minichromosome maintenance)蛋白質群は特に重要な役割を果たしている。Mcmは6個[Mcm2-7]の構造的に類似したタンパク質からなる複合体で、ライセンス因子の本体であり、複製開始に必須である。我々はMcm蛋白質の生化学的な解析を行い、Mcm複合体を構成する6種類のサブユニットの中で、組み換え蛋白質Mcm4/6/7複合体が内在的に二本鎖DNAを巻き戻す機能(DNAヘリカーゼ)、DNA結合能、DNA依存性ATP加水分解能をもつことを明らかにした(You et al. MCB 1999)。つまり、Mcmは複製ヘリカーゼというゲノム複製の中心的反応に関与する可能性を指摘した。また、我々は6量体のMcm4/6/7のヘリカーゼ活性がMcm2と3,5サブユニットとの相互作用およびMcm4のリン酸化により負に制御されることを発見した。さらに、Mcm4/6/7ヘリカーゼの変異体解析から、Mcm4とMcm6のATP結合ドメインはそれぞれDNA結合およびATP結合に関与すること、Mcm7のATP結合ドメインはMcm4/6/7ヘリカーゼ活性に必須であること、およびMcm4のZinc-fingerは安定なMcm4/6/7六量体の形成に関与することを明らかにし報告した(You et al. JBC 2002)。すなわち、各サブユニットがDNAヘリカーゼに対して異なる貢献をしていることを明らかにした。本年度は、Mcm4/6/7は、フォーク構造にダブルヘキサマーとして結合し、その結果そのヘリカーゼ活性が著しく促進されることを見出した。また、申請者は、McmヘリカーゼがTの連続配列により特異的に活性化されることを見出した。さらに、ヒトの複製起点であるlaminB2 originに存在するT-rich一本鎖配列によってもMCMは強く活性化された。この配列中のT(チミン)をG(グアニン)に変化させると活性化は完全に失われた。DNA複製開始部位には多くの場合、AT-richな配列が存在することが示唆された。この結果から、我々は、T-rich配列によるMCMヘリカーゼの活性化が、複製開始領域を決定するという仮説を提出した(You et al. EMBO J.2003)。すなわち、Mcm4/6/7複合体は二量体として複製起点領域に選択的に結合し、複製フォークで効率よいヘリカーゼとして二本鎖DNAの巻き戻しを行なう可能性を示唆する。

研究成果

• [文献書誌] Zhiying You, Yukio Ishimi, Takeshi Mizuno, Kaoru Sugasawa, Fumio Hanaoka, Hisao Masai: "Thymine-rich single-stranded DNA sequences specifically active mouse Mcm4/6/7 helicase on Y-fork and bubble-like substrates."EMBO J.. 22. 6148-6160 (2003)
• [文献書誌] Zhiying You, Yukio Ishimi, Fumio Hanaoka, Hisao Masai: "Roles of Mcm7 and Mcm4 subunits in DNA helicase activity of mouse Mcm4/6/7 complex."J.Biol.Chem.. 277. 42471-42479 (2002)
• [文献書誌] Ken-ichiro Yanagi, Takeshi Mizuno, Zhiyin You, Fumio Hanaoka: "Mouse geminin inhibits not only Cdt1-MCM6 interactions but also a novel intrinsic Cdt1 DNA binding activity."J.Biol.Chem.. 277. 40871-40880 (2002)
• [文献書誌] Yukio Ishimi, Yuki Komamura-K., Zhiying You, Akira Omori, Masatoshi Kitagawa: "Inhibition of Mcm4,6,7 helicase activity by phosphorylation with cyclinA Cdk2."J.Biol.Chem,. 275. 16235-16241 (2000)
• [文献書誌] Hisao Masai, Etsuko Matsui, Zhiying You, Yukio Ishimi, Katsuyuki Tamai, Ken-ichi Arai: "Human Cdc7-related kinase complex. In vitro phosphorylation of MCM by concerted actions of cdks and cdc7 and that of a critical threonine residue of cdc7 by cdks."J.Biol.Chem.. 275. 29042-29052 (2000)
• [文献書誌] Zhiying You, Yuki Komamura, Yukio Ishimi: "Biochemical analysis of the intrinsic Mcm4-Mcm6-Mcm7 DNA helicase activity."Mol.Cell.Biol.. 19. 8003-8015 (1999)