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RecAファミリーリコンビナーゼは相同組換えの中心的な反応であるDNA鎖交換で鍵となるタンパク質で全ての生物種で保存されている。この反応では、リコンビナーゼがDNA二重鎖切断末端がプロセッシングを受けて形成された単鎖DNA領域に右巻き螺旋状に結合しプレシナプティックフィラメントと呼ばれる核酸・タンパク質複合体を形成する。そして、この複合体がドナーとなる二重鎖DNAを捕捉し、内部で3本のDNAが整列したシナプティック複合体を形成する。その後、この複合体中で配列の検索が行われ、相同配列を見つけるとDNA鎖が交換される。特に相同配列の検索とDNA鎖交換の分子機構は、複雑な核酸・タンパク質複合体中で起こるため、その分子機構は不明である。また、RecAの真核生物ホモログであるRad51とDmc1は、この反応を遂行するために多数の補助因子を必要とするが、補助因子の作用機序についても不明な点が多い。
本研究では、申請者が確立したプレシナプティックフィラメント形成とDNA鎖交換反応のリアルタイム解析系、Rad51とDmc1の変異体コレクションとクライオ電子顕微鏡観察を駆使してリコンビナーゼによるDNA鎖交換反応の分子機構を原子分解能で理解することを試みた。
現在までに、Rad51変異体コレクションを使ったスクリーニングによって、進化的に保存された補助因子Swi5-Sfr1によって活性化を受けないRad51変異体を同定した。更に、真核生物の２つのリコンビナーゼであるRad51とDmc1の生化学的な違いを明らかにするためにDmc1によるフィラメント形成、DNA鎖交換反応をリアルタイムで解析した結果、２つのリコンビナーゼの活性化因子と言われているSwi5-Sfr1とCa2+が全く異なる機構でそれぞれのリコンビナーゼを促進していることを明らかにした。
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