タンパク質の集合・リモデリングの分子機構とその制御

2012 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 20227004
• 研究機関: 国立遺伝学研究所
• 研究代表者: 荒木 弘之 国立遺伝学研究所, 細胞遺伝研究系, 教授 (20151160)
• 研究期間 (年度): 2008-05-12 – 2013-03-31
• キーワード: リモデリング / DNA複製 / 染色体DNA / 複製開始

研究概要

真核生物の染色体DNA複製では、複製に関与する多数のタンパク質が複製開始領域に集合し、DNA合成を開始させる。この際、複製タンパク質は単に集合するだけでなく、複合体を形成するとともに何らかの変化（リモデリング）を起こし機能を発揮する。真核生物では２本鎖DNAをほどくヘリカーゼ形成において、複製開始時にリモデリングが起こると考えられている。真核生物の活性なヘリカーゼはCdc45-MCM-GINS (CMG) 複合体であるが、これはCdc45, MCM, GINSが複製開始領域で集合し、活性な複合体へとリモデリングしたものである。このリモデリングを詳細に解析するためにはin vitroで複製反応を起こさせ、それを調べることが必要である。そのため我々は出芽酵母（Saccharomyces cerevisiae）の粗抽出液によるin vitro複製系を用いた解析を行った。この系は既に報告された系であるが、複製効率が悪く、且つ粗抽出液調製ごとの振れも大きい。そのため、液体窒素下で細胞を破砕し、常に複製能を持つ粗抽出液の調製法を確立した。そしてこの系から、DNAポリメラーゼε（Polε）を除くと複製反応が減少し、さらに精製したPolεを加えると複製がおこることが分かった。我々は、Polεが複製開始にも関与することをin vivoの解析から示していたが、Polεを除いた細胞抽出液ではGINSが複製開始領域を持つDNAに結合しないことが分かった。また、CMG生成に必要なSld3-Sld7が、Sld7を介して２量体構造をしていることを示した。そして、精製したSld3-Sld7がこれらを除いたin vitro複製系に加えることにより複製反応が回復することから、我々の解析してきたタンパク質が複製活性を持っていることが分かった。

現在までの達成度 (区分)

理由

25年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

25年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Efficient initiation of DNA replication in eukaryotes requires Dpb11/TopBP1-GINS interaction. (2013)
  • 著者名/発表者名: Tanaka, S., Komeda, Y., Umemori, T., Kubota, Y., Takisawa, H. and Araki, H.
  • 雑誌名: Molecular and Cellular Biology 巻: 33 ページ: 2614-2622
  • DOI: 10.1128/MCB.00431-13
  • 査読あり
• [雑誌論文] Kinetochores coordinate pericentromeric cohesion and early DNA replication by Cdc7-Dbf4 kinase recruitment. (2013)
  • 著者名/発表者名: Natsume, T. , Muller, C. A., Katou, Y., Retkute, R., Gierlinski, M., Araki, H., Blow, J. J., Shirahige, K., Nieduszynski, C. A. and Tanaka, T. U.
  • 雑誌名: Molecular Cell 巻: 50 ページ: 661-674
  • DOI: 10.1016/j.molcel.2013.05.011
  • 査読あり
• [雑誌論文] Concerted interaction between origin recognition complex (ORC), nucleosomes, and replication origin DNA ensures stable ORC-origin binding. (2013)
  • 著者名/発表者名: Hizume, K., Yagura, M. and Araki, H.
  • 雑誌名: Genes to Cells 巻: 18 ページ: 764-779
  • DOI: 10.1111/gtc.12073
  • 査読あり
• [雑誌論文] Loading and activation of DNA replicative helicases: the key step of initiation of DNA replication. (2013)
  • 著者名/発表者名: Li, Y. and Araki, H.
  • 雑誌名: Genes to Cells 巻: 18 ページ: 266-277
  • DOI: 10.1111/gtc.12040 2013/4/1
  • 査読あり
• [学会発表] Molecular mechanism of initiation of chromosomal DNA replication in eukaryotic cells (2013)
  • 著者名/発表者名: Araki H., Makino N., Yagura M., Tanaka Y., Hizume K., and Tanaka S.
  • 学会等名: 日本遺伝学会第85回大会
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 20130919-20130921
  • 招待講演
• [学会発表] Formation of active replicative helicase in budding yeast (2013)
  • 著者名/発表者名: Araki H., Yagura M., Makino N., Tanaka Y., Itou H., Hizume K., and Tanaka S.
  • 学会等名: 2013 Cold Spring Harbor Laboratory Meeting on EUKARYOTIC DNA REPLICATION & GENOME MAINTENANCE
  • 発表場所: Cold Spring Harbor, NY（USA）
  • 年月日: 20130909-20130913
  • 招待講演
• [学会発表] Dpb11/TopBP1-GINS interaction is required for efficient initiation of DNA replication (2013)
  • 著者名/発表者名: Tanaka, S., Komeda,Y., Umemori,T., Kubota,Y., Takisawa,H., and Araki,H
  • 学会等名: 2013 Cold Spring Harbor Laboratory Meeting on EUKARYOTIC DNA REPLICATION & GENOME MAINTENANCE
  • 発表場所: Cold Spring Harbor, NY（USA）
  • 年月日: 20130909-20130913
• [学会発表] DNA replication licensing on the chromatin fiber―Visualization by atomic force microscopy (2013)
  • 著者名/発表者名: Hizume,K., Yagura,M.,and Araki,H.
  • 学会等名: 2013 Cold Spring Harbor Laboratory Meeting on EUKARYOTIC DNA REPLICATION & GENOME MAINTENANCE
  • 発表場所: Cold Spring Harbor, NY（USA）
  • 年月日: 20130909-20130913
• [学会発表] In vitro study of the initiation of chromosomal DNA replication in budding yeast (2013)
  • 著者名/発表者名: Yagura, M. Araki H.
  • 学会等名: 2013 Cold Spring Harbor Laboratory Meeting on EUKARYOTIC DNA REPLICATION & GENOME MAINTENANCE
  • 発表場所: Cold Spring Harbor, NY（USA）
  • 年月日: 20130909-20130913
• [学会発表] Establishment of replication forks at origins (2013)
  • 著者名/発表者名: Araki, H.
  • 学会等名: ゲノム不安定性・進化・ヒトの疾病会議
  • 発表場所: サンクトペテルブルグ (ロシア)
  • 年月日: 20130614-20130617
  • 招待講演
• [学会発表] Molecular mechanism of initiation of chromosomal DNA replication in eukaryotic cells (2013)
  • 著者名/発表者名: Araki H., Makino N., Yagura M., Tanaka Y., Hizume K., and Tanaka S.
  • 学会等名: 2013ヒトゲノム会議（HGM）と第21回国際遺伝学会議（ICG)の合同会議
  • 発表場所: シンガポール
  • 年月日: 20130413-20130418
  • 招待講演
• [学会発表] Reconstitution of DNA replication licensing on the chromatin fiber. (2012)
  • 著者名/発表者名: Hizume K., Yagura M., Araki H.
  • 学会等名: アメリカ細胞生物学会（ASCB)
  • 発表場所: San Francisco (USA)
  • 年月日: 20121215-20121219
• [学会発表] 試験管内反応系を用いた出芽酵母複製開始機構の解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 矢倉勝, 荒木弘之
  • 学会等名: 第35回 日本分子生物学会年会
  • 発表場所: 福岡市
  • 年月日: 20121211-20121214
• [学会発表] 出芽酵母Sld3-Sld7複合体によるDNA複製促進の分子機構 (2012)
  • 著者名/発表者名: 牧野仁志穂, 荒木弘之
  • 学会等名: 第35回 日本分子生物学会年会
  • 発表場所: 福岡市
  • 年月日: 20121211-20121214
• [学会発表] ORCの複製開始点特異的な結合に寄与する、ORC/nucleosome/複製開始点DNA間の協調的相互作用 (2012)
  • 著者名/発表者名: 日詰光治, 矢倉勝, 荒木弘之
  • 学会等名: 第35回 日本分子生物学会年会
  • 発表場所: 福岡市
  • 年月日: 20121211-20121214
• [学会発表] Inter-BRCT region of Dpb11 is a conserved GINS-interaction domain and is important for the initiation of DNA replication. (2012)
  • 著者名/発表者名: 田中誠司, 米田弥生, 梅森稔子,久保田弓子, 滝澤温彦,荒木弘之
  • 学会等名: 第35回 日本分子生物学会年会
  • 発表場所: 福岡市
  • 年月日: 20121211-20121214
  • 招待講演
• [学会発表] 出芽酵母染色体DNAの複製開始機構 (2012)
  • 著者名/発表者名: 荒木弘之, 牧野仁志穂, 矢倉勝, 田中尚美, 遠藤静子, 村松 佐知子, 日詰光治, 田中誠司
  • 学会等名: 第35回 日本分子生物学会年会
  • 発表場所: 福岡市
  • 年月日: 20121211-20121214
  • 招待講演
• [学会発表] Molecular mechanism of initiation of chromosomal DNA replication in budding yeast (2012)
  • 著者名/発表者名: Araki H.
  • 学会等名: 第1回 都医学研 国際シンポジウム「染色体サイクルの制御」
  • 発表場所: 東京都
  • 年月日: 20121129-20121129
  • 招待講演
• [学会発表] Molecular mechanism of initiation of chromosomal DNA replication in budding yeast (2012)
  • 著者名/発表者名: Araki H.
  • 学会等名: The 8th 3R Symposium
  • 発表場所: 兵庫県淡路市
  • 年月日: 20121125-20121128
  • 招待講演
• [学会発表] Efficient initiation of DNA replication requires evolutionarily conserved Dpb11-GINS interaction (2012)
  • 著者名/発表者名: Tanaka S., Komeda Y., Umemori T., Kubota Y., Takisawa H. , Araki H.
  • 学会等名: The 8th 3R Symposium
  • 発表場所: 兵庫県淡路市
  • 年月日: 20121125-20121128
• [学会発表] Concerted interaction between ORC, nucleosomes, and origin DNA ensures origin-specific ORC binding (2012)
  • 著者名/発表者名: Hizume K., Yagura M., Araki H.
  • 学会等名: The 8th 3R Symposium
  • 発表場所: 兵庫県淡路市
  • 年月日: 20121125-20121128
• [学会発表] In vitro study of the initiation of DNA replication in budding yeast (2012)
  • 著者名/発表者名: Yagura M., Araki H.
  • 学会等名: The 8th 3R Symposium
  • 発表場所: 兵庫県淡路市
  • 年月日: 20121125-20121128
• [学会発表] 出芽酵母Sld3-Sld7複合体によるDNA複製開始機構の解明 (2012)
  • 著者名/発表者名: 牧野仁志穂、荒木弘之
  • 学会等名: 酵母遺伝学フォーラム第45回研究報告会
  • 発表場所: 京都府宇治市
  • 年月日: 20120904-20120906
• [学会発表] Inter-BRCT region of DPB11 is a conserved GINS interaction domain,which is important for the initiation of DNA replication. (2012)
  • 著者名/発表者名: Tanaka,S.,Komeda,Y.,Umemori,T.,Kubota Y.,Takisawa, H.,Araki,H
  • 学会等名: 2012 FASEB Summer Research Conferences
  • 発表場所: Steamboat Springs (USA)
  • 年月日: 20120715-20120720
• [学会発表] Initiation mechanism of chromosome replication (2012)
  • 著者名/発表者名: Araki H.
  • 学会等名: BSCB/BSDB/JSDB-Joint Spring Meeting
  • 発表場所: Warwick (UK)
  • 年月日: 20120415-20120418
  • 招待講演
• [図書] DNA replication (2013)
  • 著者名/発表者名: Tanaka, S. and Araki, H.
  • 総ページ数: 561 (81-94)
  • 出版者: Cold Spring Harbor Press
• [備考] Araki Lab.
  • URL: http://www.nig.ac.jp/labs/MicGen/index.html
• [備考] DNA複製：真核生物間で保存された、効率よい複製開始のためのタンパク間相互作用
  • URL: http://www.nig.ac.jp/Research-Highlights/1170/1233.html
• [備考] DNA複製のスタート地点の決定における、クロマチンの役割
  • URL: http://www.nig.ac.jp/Research-Highlights/1170/1270.html