DNA屈曲因子の新たな分子動態解明から切り開く新たな細胞周期像の創出

2021 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 21K19233
• 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): 2021-07-09 – 2024-03-31
• キーワード: DNA複製 / DnaA / DNA屈曲 / 複合体動態 / 細胞周期

研究実績の概要

大腸菌IHFタンパク質は配列特異的にDNAに結合し鋭く屈曲させる。IHFによるDNA屈曲は、染色体の複製起点oriCにおける複製開始複合体の形成、核様体の構造形成、さらに多様な遺伝子の転写や部位特異的組換え反応の制御などに重要であり、IHFはグローバルな制御因子としての役割を持つ。しかしながら、これまでIHFは細胞周期の制御因子としては重要視されていなかった。代表者は、複製開始タンパク質DnaAの活性化因子DARS2を独自に発見していたが、さらにこの因子がIHFの結合/解離によって機能制御されることを最近見出した。DARS2はIHFとFisの両方の同時結合によって活性化される。Fis はIHFと同様にグローバルな制御因子として知られるDNA結合因子である。本計画は、この独自発見を基盤にし、IHFの細胞周期制御における役割を新たに理解にすることを目的とする。3年計画の初年である2021年度では、まず新たなゲノミクス解析手法（GeF-seq法）によって細胞周期にしたがったIHFとゲノムとの特異的相互作用動態をゲノム全体について解析してきた成果をまとめて論文発表した。ここで特にIHFと複製起点oriCとの相互作用が複製開始時特異的に起こり、それがゲノム全体から見ても特異的に強固なものであることがわかった。また、Fisも、IHFのように細胞周期の特異的なタイミングでDARS2と結合/解離することを見出し、その制御メカニズムの解明にも成功し論文発表した。DARS2-IHF複合体動態の解明のため研究計画にしたがってIHF解離因子の探索を進めた。その結果の一部は学会等で発表した。

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

初年度としては、順調に研究が開始、展開されている。またこれまでに推進してきた研究の一部においては成果がまとまり論文発表した。これらはIHF動態による新たな細胞周期増像の理解において直接的な基盤となる重要な成果である。

今後の研究の推進方策

初年度としては、おおむね順調に進行していると思われるため、今後も研究計画に従って、さらに推進してゆく。

研究成果

• [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 Initiation (2021)
  • 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 replication (2021)
  • 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] 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] Regulatory systems underlying the replication cycle of the chromosome in eubacteria (2021)
  • 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] 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] 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] 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」
  • 招待講演
• [学会発表] Dynamic nucleoprotein complexes and DNA structural changes supporting regulated replication initiation of the Escherichia coli chromosome (2021)
  • 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