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2021 年度 実績報告書

両方向性複製を支える複製開始機構の原理と複製開始制御システムの機能制御原理の解明

研究課題

研究課題/領域番号 20H03212
研究機関九州大学

研究代表者

片山 勉  九州大学, 薬学研究院, 教授 (70264059)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2023-03-31
キーワードDNA複製 / 複製起点 / ヘリカーゼ / 細菌 / 複合体動態
研究実績の概要

本研究では、大腸菌の複製起点oriC開裂(局所的一本鎖化)機構の普遍性の検討、両方向複製の基盤となるDnaB導入の分子動態の解明、加えて開始反応異常時のレスキュー機構の解明、さらに、DnaAを適時的に活性化あるいは不活化する3系統の制御システム(DARS系, DDAH系, RIDA系)が細胞周期と連係する分子機構の解明を目的とする。2021年度では、昨年度の進展をベースにしてさらなる進展が見られている。まず、大腸菌の複製起点oriC開裂機構の普遍性については、詳細なメカニズムが解明された大腸菌をモデルとしてとらえ、他の多くの細菌種での共通的な遺伝的背景を試験管内再構成系において再現するなどの独自の解析手法が確実に独創的な成果を生み出し、大腸菌モデルとの原理的共通性が見えるようになってきた。さらに起源生物に近縁とされる高度好熱菌での複製起点開裂機構の解析などからも重要なデータがさらに蓄積してきた。特にoriC開裂機構についての基本原理(ssDUE recruitment mechanism)の普遍性が示唆されてきた。これらにより普遍機構と多様化した機構とが理解できる基盤の構築がかなり進み、現在、論文発表の準備を進めている。DnaB導入の分子動態についても、oriC-DnaA複合体との高度な相互作用動態について明らかになってきており、その一部を論文として投稿した。開始反応ストレス時のレスキュー機構についても特異的な因子についてその機能を確認できたのでその関連因子の重要性についての解析を進めた。さらに、DnaAに対する3系統の制御システムについては、特にDARS系において、細胞周期との連係を支える重要な制御機構の解明に成功した。これは本質的にはDnaA自身による負のフィードバック制御機構であった。この発見は国際的に高く評価されている学術誌に論文発表した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

oriC開裂(局所的一本鎖化)機構の普遍性、DnaB導入の分子動態、開始反応異常時のレスキュー機構、また、DnaA制御システム(DARS系, DDAH系, RIDA系)への細胞周期との連係機構について、それぞれ重要な研究展開が達成され、学会のシンポジウムやワークショップ等で報告した。2020年はCOVID19対策による大学活動制限等により進捗がある程度遅れたが、その後は、かなり順調に研究が進展できるようなり、重要な発見にも恵まれ、遅延した分を十分取り戻すほど新たな展開が見られた。特にDARS系においては、細胞周期との連係を支える重要な制御機構の解明に成功した。これは国際的に高く評価されているNucleic Acids Research誌に論文発表した。oriC開裂(局所的一本鎖化)機構の普遍性、および、DnaB導入の分子動態に関する成果もまとまりつつあり、複数の論文として発表する予定である。現在、一部はすでに論文投稿中であり、他の部分は論文執筆中である。複製開始ストレス時のレスキュー機構についても、重要な機能因子の解析がかなり遂行したため、現在、関連因子について解析中である。 DDAH系や RIDA系への制御因子の検討も研究計画に従って進んでいる。

今後の研究の推進方策

おおむね順調に進展しているため、今後も研究計画に従って、さらに推進してゆく。DnaB導入の分子動態の機構については、現時点で論文投稿中であるが、すでにその成果を元にして発展的に展開する研究を進めている。2022年度は本基盤B研究計画の最終年度であるので、成果をまとめて学会発表するのみならず、論文の作成と発表にも注力してゆく。

  • 研究成果

    (24件)

すべて 2022 2021 その他

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (18件) (うち国際学会 3件、 招待講演 2件) 備考 (4件)

  • [雑誌論文] Whole-Genome Analysis Reveals That the Nucleoid Protein IHF Predominantly Binds to the Replication Origin oriC Specifically at the Time of Initiation2021

    • 著者名/発表者名
      Kasho Kazutoshi、Oshima Taku、Chumsakul Onuma、Nakamura Kensuke、Fukamachi Kazuki、Katayama Tsutomu
    • 雑誌名

      Frontiers in Microbiology

      巻: 12 ページ: Article 697712

    • DOI

      10.3389/fmicb.2021.697712

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Negative feedback for DARS2-Fis complex by ATP-DnaA supports the cell cycle-coordinated regulation for chromosome replication2021

    • 著者名/発表者名
      Miyoshi Kenya、Tatsumoto Yuka、Ozaki Shogo、Katayama Tsutomu
    • 雑誌名

      Nucleic Acids Research

      巻: 49 ページ: 12820~12835

    • DOI

      10.1093/nar/gkab1171

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 大腸菌染色体の複製開始ストレスをレスキューする分子機構の解析:DnaBヘリカーゼ相互作用因子PriCの役割2022

    • 著者名/発表者名
      興梠和真、加生和寿、尾崎省吾、片山 勉
    • 学会等名
      第16回日本ゲノム微生物学会年会
  • [学会発表] 起源生物に近縁な高度好熱性真正細菌Thermotoga maritimaの複製起点の配列特性とDNA開裂メカニズムの解析2022

    • 著者名/発表者名
      盧 楚元、尾崎省吾、片山 勉
    • 学会等名
      第16回日本ゲノム微生物学会年会
  • [学会発表] 真正細菌カウロバクターの染色体複製起点Coriにおいて、複製開始を促進する転写領域の機能構造解析2022

    • 著者名/発表者名
      若杉泰敬、尾崎省吾、片山 勉
    • 学会等名
      第16回日本ゲノム微生物学会年会
  • [学会発表] 複製開始促進DNA因子DARS2を活性化する核様体蛋白質IHFの結合制御因子の探索2021

    • 著者名/発表者名
      李 藍楊、三善賢弥、辰本優香、尾崎省吾、片山 勉
    • 学会等名
      令和3年度日本生化学会九州支部例会
  • [学会発表] 真正細菌カウロバクターの酸化ストレス応答による染色体複製阻害機構の解析2021

    • 著者名/発表者名
      商 家斉、尾崎省吾、片山 勉
    • 学会等名
      令和3年度日本生化学会九州支部例会
  • [学会発表] 高度好熱性真正細菌Thermotoga maritimaの複製開始複合体における開始因子DnaAに特異的に結合する一本鎖DNA 配列の解析2021

    • 著者名/発表者名
      盧 楚元、尾崎省吾、片山 勉
    • 学会等名
      令和3年度日本生化学会九州支部例会
  • [学会発表] 過剰複製開始を抑制する大腸菌染色体datA部位の活性を制御する転写の解析2021

    • 著者名/発表者名
      伊藤孝輔、酒井隆至、加生和寿、尾崎省吾、片山 勉
    • 学会等名
      第17回21世紀大腸菌研究会
  • [学会発表] 大腸菌染色体の複製開始ストレス時におけるPriCの役割の解析2021

    • 著者名/発表者名
      興梠和真、 尾崎省吾、片山 勉
    • 学会等名
      第17回21世紀大腸菌研究会
  • [学会発表] Regulatory systems underlying the replication cycle of the chromosome in eubacteria2021

    • 著者名/発表者名
      Tsutomu Katayama
    • 学会等名
      The 6th JAPAN-TAIWAN Joint Symposium For Pharmaceutical Sciences
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] バクテリア界に高度に保存されたHUはDnaA依存的に染色体複製起点oriCへ特異的に相互作用し二重鎖開裂を促す2021

    • 著者名/発表者名
      吉田竜星、尾﨑省吾、川上広宣、片山 勉
    • 学会等名
      日本遺伝学会第93回大会
  • [学会発表] 大腸菌複製開始蛋白質DnaAの活性化因子DARS2はATP-DnaA を介する負のフィードバックにより機能制御される2021

    • 著者名/発表者名
      三善賢弥、辰本優香、尾崎省吾、片山 勉
    • 学会等名
      日本遺伝学会第93回大会
  • [学会発表] バクテリア界に高度に保存される核様体形成因子HUタンパク質とDnaAによる染色体複製起点開裂の分子メカニズム2021

    • 著者名/発表者名
      吉田竜星、尾崎省吾、川上広宣、片山 勉
    • 学会等名
      第26回 DNA複製・組換え・修復ワークショップ
  • [学会発表] 大腸菌染色体の複製開始因子ATP-DnaAがもつフィードバック制御メカニズム2021

    • 著者名/発表者名
      片山 勉、三善賢弥、吉田竜星、辰本優香、盧 楚元、興梠和真、伊藤孝輔、加生和寿、尾崎省吾
    • 学会等名
      第26回 DNA複製・組換え・修復ワークショップ
  • [学会発表] Analysis on the single-stranded DNA sequences binding to the initiator DnaA-origin complexes from the hyperthermophile Thermotoga maritima2021

    • 著者名/発表者名
      盧 楚元、尾崎省吾、片山 勉
    • 学会等名
      第94回日本生化学会大会
  • [学会発表] 大腸菌の核様体蛋白質IHFはゲノム複製開始時期において複製開始点oriCと特異的に結合する2021

    • 著者名/発表者名
      加生和寿、大島 拓、Onuma Chumsakul、中村健介、深町和貴、片山 勉
    • 学会等名
      第94回日本生化学会大会
  • [学会発表] 大腸菌染色体の複製と細胞周期制御を支えるタンパク質高次複合体のダイナミクス2021

    • 著者名/発表者名
      片山 勉、吉田竜星、三善賢弥、盧 楚元、辰本優香、李 藍楊、伊藤孝輔、川上広宣、加生和寿、尾崎省吾
    • 学会等名
      第94回日本生化学会大会シンポジウム「染色体の多様な機能を支えるタンパク質高次複合体」
    • 国際学会
  • [学会発表] 大腸菌染色体の複製開始ストレス時におけるPriCの役割の解析2021

    • 著者名/発表者名
      興梠和真、尾崎省吾、片山 勉
    • 学会等名
      第44回日本分子生物学会年会
  • [学会発表] Dynamic nucleoprotein complexes and DNA structural changes supporting regulated replication initiation of the Escherichia coli chromosome2021

    • 著者名/発表者名
      Tsutomu Katayama, Kenya Miyoshi, Ryusei Yoshida, Chuyuan Lu, Lanyang Li, Kazuma Korogi, Yuka Tatsumoto, Kosuke Ito, Hironori Kawakami, Kazutoshi Kasho, Shogo Ozaki
    • 学会等名
      第44回日本分子生物学会年会 シンポジウム「The common mechanism for regulation of genome maintenance by DNA structural dynamics」
    • 国際学会 / 招待講演
  • [備考] 九州大学大学院薬学研究院_分子生物薬学分野

    • URL

      http://bunsei.phar.kyushu-u.ac.jp

  • [備考] 九州大学研究者情報_片山 勉

    • URL

      http://hyoka.ofc.kyushu-u.ac.jp/search/details/K001101/index.html

  • [備考] 九州大学薬学研究院_研究成果

    • URL

      https://www.phar.kyushu-u.ac.jp/topics/view.php?page=1&B_Code=586

  • [備考] 九州大学_研究成果

    • URL

      https://www.kyushu-u.ac.jp/ja/researches/view/721

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公開日: 2022-12-28  

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