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生体内では複数の酵素から構成されている酵素複合体により高効率かつ高度な多酵素反応が行われている。本研究では数珠を作るようにDNA鎖に酵素を順番に結合させ、任意の順番で酵素を配置するための技術を開発するために研究を進めた。
DNAに結合させた酵素が抜け落ちないようにするために、酵素複合体の形成開始点にはDNA配列を認識し、強く結合する転写因子様 DNA 結合タンパク質（TALE）を利用することとした。フェレドキシンとフェレドキシン還元酵素を融合した二種類のTALEを調製し、フェレドキシン－フェレドキシン還元酵素間相互作用を評価することにより、狙いの位置でDNAに結合させることができることを確認した。
DNA上に酵素を配置するために、リング状三量体タンパク質でその穴にDNAを通す核内増殖抗原（PCNA）を利用することとした。多くPCNAはホモ三量体であるのに対して、一部の古細菌由来PCNAはヘテロ三量体である。PCNAリングをDNAに通すよりも、DNA上でPCNAリングを形成させた方が効率良くPCNAに融合した酵素をDNA上に配置できると考えられる。そこで、サブユニット単独では単量体として存在し、三つのサブユニットを混合すると速やかに安定なヘテロ三量体を形成するPCNAの探索を試みた。ゲノム情報により三つのPCNA遺伝子を有する古細菌を絞り込み、実際に発現・精製したところ、Metallosphaera sedulaに由来する三つのPCNAは単独では単量体として存在し、等モル濃度での混合により安定なヘテロ三量体を形成することが明らかになった。
M. sedula由来PCNAサブユニットの一つをTALEに融合したところ、DNA上にヘテロ三量体を固定化することに成功した。M. sedula由来PCNAサブユニットを融合することにより段階的に集積させることにも成功した。
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